МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

по дисциплине

"Физико-химические основы материалов и электронных компонентов"

для студентов специальности

1-39 03 01 «Электронные системы безопасности»

заочной формы обучения

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Вариант 1

  1. Классификация, конструктивно-технологические и функциональные особенности электронных компонентов, образующих твердотельные функциональные структуры, полупроводниковые и гибридные интегральные схемы.

  2. Задача.

Вариант 2

  1. Строение твердых тел (аморфные, стеклообразные и кристаллические вещества). Кристаллическая решетка. Характеристики кристаллов.

  2. Задача.

Вариант 3

  1. Основы теории сплавов. Фазовые составляющие сплавов. Основные превращения. Диаграммы состояния. Связь между структурой и свойствами сплавов.

  2. Задача.

Вариант 4

  1. Основные характеристики механической деформации тел. Обобщённый закон Гука, связь между упругими константами.

  2. Задача.

Вариант 5

  1. Виды нагружения материалов: растяжение, сдвиг, кручение, изгиб.

  2. Задача.

Вариант 6

  1. Упругая и пластическая деформация. Механизмы пластической деформации. Внутренние напряжения и деформации. Текстура. Наклеп.

  2. Задача.

Вариант 7

  1. Классификация свойств материалов. Основные функциональные, технологические и потребительские характеристики.

  2. Задача.

Вариант 8

  1. Механические свойства конструкционных материалов в условиях статического нагружения (прочность, пластичность, твердость). Виды статических испытаний.

  2. Задача.

Вариант 9

  1. Электрофизические свойства материалов (электропроводность, поляризация, пробой, диэлектрические потери). Проводники, полупроводники, диэлектрики.

  2. Задача.

Вариант 10

  1. . Электропроводность металлов и собственных полупроводников.

  2. Задача.

Вариант 11

  1. Теплофизические свойства материалов (теплостойкость, жаропрочность, хладоломкость, тепло- и температуропроводность, тепловое расширение и др.).

  2. Задача.

Вариант 12

  1. Магнитные свойства материалов. Ферро- и ферримагнетики.

  2. Задача.

Вариант 13

  1. Величина магнитной индукции для магнитных и немагнитных материалов. Магнитные потери и механизм намагничивания.

  2. Задача.

Вариант 14

  1. Классификация и физико-химические основы процессов формирования активных и пассивных электронных компонентов внутри и на поверхности твердых тел (подложек)

  2. Задача.

Вариант 15

  1. Классификация процессов формирования электронных компонентов по характеру их протекания и температурному диапазону.

  2. Задача.

Вариант 16

  1. Основные способы передачи тепла в термических процессах.

  2. Задача.

Вариант 17

  1. Основные закономерности удаления веществ с поверхности твердых тел испарением в вакууме.

  2. Задача.

Вариант 18

  1. Основные закономерности удаления веществ с поверхности твердых тел пучковыми технологиями, в химических и электрохимических жидких средах.

  2. Задача.

Вариант 19

  1. Механизмы диффузии примесей в идеальных и реальных кристаллах. Основные положения ионной имплантации.

  2. Задача.

Вариант 20

  1. Закономерности взаимодействия ускоренных ионов с монокристаллами, поликристаллическими и аморфными телами.

  2. Задача.

Вариант 21

  1. Физико-химические процессы при термическом окислении кремния и модели, описывающие этот процесс.

  2. Задача.

Вариант 22

  1. Формирование пленочных и эпитаксиальных структур пассивными и активными термическими методами.

  2. Задача.

Вариант 23

  1. Формирование пленочных и эпитаксиальных структур пассивными и активными ионно-лучевыми методами.

  2. Задача.

Вариант 24

  1. Формирование пленочных и эпитаксиальных структур пассивными и активными магнетронными методами.

  2. Задача.

Вариант 25

  1 Классификация и сравнительные характеристики неразъемных соединений.

  2. Задача.

Вариант 26

  1. Физико-химические основы формирования паяных соединений.

  2. Задача.

Вариант 27

  1. Физико-химические основы формирования микросварных соединений.

  2. Задача.

Вариант 28

  1. Физико-химические основы формирования клеевых соединений.

  2. Задача.

Вариант 29

  1. Методы исследования и критерии качества неразъемных соединений.

  2. Задача.

Вариант 30

  1. Процесс диффузионного легирования кремния, основные методы расчета диффузионных структур и контроля их параметров.

  2. Задача.

ЗАДАЧИ

1. По диаграмме состояния системы Cu-Ni опишите взаимодействие компонентов в твердом и жидком состояниях, укажите структурные составляющие во всех ее областях, объясните характер изменения свойств сплавов с помощью правила Курнакова и по правилу рычага определите соотношение жидкой и твердой фаз и их концентрации для сплава, содержащего 30% Cu, между линиями ликвидус и солидус.

2 Опишите явление полиморфизма на примере кобальта. Как различаются строение, основные характеристики кристаллической решетки (размеры, координационное число, плотность упаковки и др.) и свойства Со_α и Со_β.

3. Роль дислокаций в процессах пластической деформации и формирования напряженно-деформированного состояния.

4 Определите состав сплава, содержащего 3,1 % С, по фазовым и структурным составляющим. Охарактеризуйте основные свойства этих составляющих.

5. На примере меди, алюминия и магния опишите строение и основные характеристики ОЦК, ГЦК и ГПУ кристаллических решеток.

6. Алюминиевый сплав Д1 имеет твердость 118НВ [кГс/мм²], бронза БрА7 – КГС180НВ, а сталь 45 – 350НВ. Чему равно их временное сопротивление σ_В [МПа]?

7. Что такое технологическая анизотропия холоднодеформированного металла? Как она возникает, на какие свойства влияет и как устраняется?

8. Для изготовления деталей конструктивной базы РЭС применяют бронзы БрОФ10-1 и БрОЦС4-4-2,5. Расшифруйте состав и назначение легирующих элементов. Приведите механические и технологические свойства этих сплавов.

9. По диаграмме состояния медь-цинк опишите характер превращений и взаимодействия компонентов, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы и объясните изменение свойств латуней.

10. Чему равен коэффициент Пуассона, модуль Юнга и модуль сдвига, если образец с d₀ = 2,2 мм и l₀ = 100 мм упруго сдеформировался до d₁ = l,97 мм и l₁ = 127 мм. Модуль объемной упругости материала k = 1,87 10⁵ МПа.

11. Определите глубину проникновения электрического поля в алюминиевый и железный проводники на частотах 400 и 10⁵ Гц. Считать: для Al - μ = 1, ρ = 0,028 мкОм ·м, для Fe - μ = 1000, ρ = 0,1 мкОм ·м.

12. Определите запас по электрической прочности плоского конденсатора и толщину диэлектрика в нем, если емкость конденсатора 68 пФ, площадь обкладок 10 см², а рабочее напряжение 10 кВ. Диэлектрическая проницаемость диэлектрика ε = 6,5, Е_пр = 5 10⁷ В/м.

13. Определить время, в течение которого электрон пройдет расстояние в 1 км по медному проводнику, если ρ = 0,017 мкОм ·м, U = 220 В, на атом приходится один свободный электрон. За какое время он прошел бы это расстояние при отсутствии рассеяния?

14. Удельное сопротивление медного проводника, содержащего 0,5 ат.% индия, равно 0,0234 мкОм ·м. Определить концентрацию атомов индия в сплаве с ρ = 0,0298 мкОм ·м, полагая, что все остаточное сопротивление обусловлено рассеянием на атомах примеси. (Использовать правила Маттисена и Линде).

15. Стержень из графита соединен последовательно с медным стержнем того же сечения. Определить, при каком соотношении их длин, сопротивление композиции не зависит температуры. Принять для меди  - ρ = 0,017 мкОм ·м, α_ρ = 4,3 10^-3 К^-1 , для графита - ρ =  8,0 мкОм ·м, α_ρ = -10^-3 К^-1.

16. Сопротивление вольфрамовой нити электрической лампочки при 20⁰С равно 35 Ом. Определить температуру нити, если в установившемся режиме работы при U = 220 В по ней проходит ток 0,6А. Считать α_ρ = α_R = 5 10^-3 К^-1.

17. Вычислить собственную концентрацию носителей заряда в кремнии при 250 К, если ширина его запрещенной зоны E_g = 1,12 эВ, а эффективные массы плотности состояний m_c = 1,05 m_o, m_v = 0,56 m_o.

18. Определить время жизни и подвижность электронов в невырожденном Ge при Т = 300 К. Диффузионная длина электронов L_п = 1,5 мм, а коэффициент диффузии D_n = 9,8·10^-3 м²/с.

19. Катушка с ферритовым тороидальным сердечником диаметром 10 мм имеет индуктивность 0,12 Гн и содержит 1000 витков. Определить ток в катушке, при котором  магнитная индукция  в сердечнике равна 0,1 Тл.

20. Цилиндрический стержень диаметром 10 мм и длиной 20 мм из диэлектрика с удельным объёмным сопротивлением ρ_v = 10¹³ Ом·м и удельным поверхностным сопротивлением ρ_s = 10¹⁴ Ом имеет на торцах металлические электроды. Определить сопротивление между ними.

21. Рассчитайте, насколько изменится диэлектрическая проницаемость конденсаторной бумаги с плотностью d_б = 1000 кг/м³ после пропитки ее конденсаторным маслом. Для целлюлозы ε_ц = 6,5; d_ц = 1500; ε_в = 1; d_в = 0; ε_м = 2,2. Использовать формулу Лихтеннекера для сложного диэлектрика в предположении, что компоненты включены последовательно.

22. Пленочный конденсатор, диэлектрик которого имеет ε = 3 теряет за 30 минут половину сообщенного ему заряда. Полагая, что утечка происходит только через пленку диэлектрика, определите его удельное сопротивление.

23. Определите удельные электрические потери в плоском конденсаторе, изготовленном из пленки полистерола толщиной 20 мкм, если на него подано напряжение 2 В частотой 2 МГц. Для полистирола ε = 2,5; tg δ = 2·10^-4.

24. В ферритовом кольцевом сердечнике дросселя на частоте f = 0,1 МГц напряженность магнитного поля Н = 4 А/м. Найти удельные магнитные потери в сердечнике, если tgδ_м = 0,2, а магнитная проницаемость феррита  μ. = 2500.

25. Кольцевой ферритовый сердечник со средним диаметром d_ср =  25 мм имеет воздушный зазор длиной 1 мм. При пропускании тока 0,17 А через обмотку сердечника, состоящую из 500 витков, в зазоре создается индукция B_о = 0,1 Тл. Определите магнитную проницаемость феррита.

26. Вычислить длину свободного пробега электронов в меди при Т = 300К, если её удельное сопротивление при этой температуре равно 0,017 мкОм•м .

27. Градиент потенциала Е в образце кремния собственной проводимости составляет 400 В/м. Подвижности электронов и дырок соответственно равны: µ_n = 0,12 м²/В•с ; µ_р = 0,025 м²/В•с . Определить для этого образца:

  а)      скорости дрейфа электронов и дырок;

  б)      удельное сопротивление кремния собственной проводимости, полагая, что концентрация собственных носителей заряда 2,5-10¹⁶ м^-3.

в)        полный дрейфовый ток, если площадь поперечного сечения образца равна 3 • 10^-6 м²

28. Кристалл цинка имеет плотноупакованную гексагональную решётку с постоянными а = 2,66•10^-10 i   и с = 4,95•10^-10 м. Найти плотность цинка и объём элементарной ячейки. Молярная масса цинка М = 6,537•10^-2 кг/моль.

29. Германий имеет кристаллическую решётку типа алмаза. Полагая, что длина ребра элементарной ячейки равна  а = 0,54нм,  определить:

а)       число атомов, приходящихся на единицу площади в кристаллических плоскостях  (111),  (100)  и  (110),  привести  рисунки  этих  плоскостей;

б)       удельную плотность германия. Молярная масса М = 7,62-10^-2 кг/моль.

30. Алюминий имеет кристаллическую решётку типа ГЦК и па­раметр решётки а = 4,04А. Определить число атомов, приходящихся на единицу площади в плоскостях (111), (100) и (101).

31. Определить число атомов, приходящихся на единицу площади в плоскостях (111), (100) и (110) для железа а-модификации, имеющего структуру ОЦК и постоянную решётки а = 2,8бА.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1 Арзамасов, Б. Н. Материаловедение : учебник для вузов / Б. Н. Арзамасов, В. И. Макарова. – М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. – 648 с.

2 Пасынков, В.В. Материалы электронной техники : учебник для вузов / В. В. Пасынков, В. О. Сорокин. – М. : Лань, 2006. – 368 с.

3 Материаловедение / В. А. Струк [и др.]. – Минск : ИВЦ Минфина, 2008. – 461 с.

         4. Технология изделий интегральной электроники : учеб. пособие для студентов радиотехн. спец. вузов / Л. П. Ануфриев [и др.] ; под общей ред.

A. П. Достанко, Л. И. Гурского. - Минск : Амалфея, 2010.-536 с.

5. Достанко, А. П. Технология производства ЭВМ : учебник / А. П. Достанко, М. И. Пикуль, А. А. Хмыль. – Минск : Выш. шк., 1994. – 347 с.

6. Черняев, В. Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА / B.Н. Черняев. - М. : Высш.шк., 1987. - 376 с.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

7. Гопштайн, Г. Физико-химические основы материаловедения / Г. Гопштайн. – М. : Бином, 2009. – 500 с.

8. Горелик, С. С. Материаловедение полупроводников и диэлектриков : учебник для вузов / С. С. Горелик, М. Я. Дашевский. - М. : Металлургия, 1988.-574 с.

9. Материаловедение и технология металлов : учебник для вузов / Г. П. Фетисов [и др.] ; под ред. Г. П. Фетисова. – М. : Высш. шк., 2005. – 862 с.

10. Машиностроение. Энциклопедия. T.II-3. Цветные металлы и сплавы. Композиционные материалы / под ред. И. Н. Фридляндера. – М.: Машиностроение, 2001. – 880 с.

11. Кенько, В. М. Неметаллические материалы и методы их обработки / В. М. Кенько. – Минск : Дизайн ПРО, 1998. – 240 с.

12. Пейсахов, А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник. – СПб. : Изд-во Михайлова В. А., 2003. – 407с.

13. Машиностроение. Энциклопедия. Т.III-2. Технология заготовительных производств / под ред. В. Ф. Мануйлова. – М. : Машиностроение, 1996. – 736 с.

14. Машиностроение. Энциклопедия. Т.III-8. Технология, оборудование и системы управления в электронном машиностроении / под ред. Ю. В. Парфи-лова. – М. : Машиностроение, 2000. – 744 с.

15. Материаловедение микроэлектронной техники : учеб. пособие для вузов / под ред. В. М. Андреева. - М.: Радио и связь, 1989. - 349 с.

16.Гаврилов, С. А. Электрохимические процессы в технологии микро- и наноэлектроники / С. А. Гаврилов, А. Н. Белов - М. : Высшее образование, 2009.-257 с.

17. Журавлева, Л. В. Электроматериаловедение: учеб. пособие для сред, проф. образования / Л.В. Журавлева. - М.: ПрофОбрИздат, 2001.- 312 с.

18.Материаловедение. Технология конструкционных материалов : учеб. пособие для студ. вузов / под ред. В. С. Чередниченко. - 4-е изд., стер. - М. : Омега-Л, 2008. - 752 с.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ

19. Достанко, А. П. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплинем ТОМ и ТД РЭС / А. П. Достанко [и др.]. – Минск : БГУИР,  2009. – 116 с.

20. Достанко, А. П. Практикум по дисциплинам ТОМ, ТД РЭС, «Произ-водственные технологии» / А. П. Достанко, Г. М. Шахлевич, Е. В. Телеш. - Минск : БГУИР, 2005. – 36 с.

         21. Достанко, А. П. Технология интегральных схем : учеб. пособие для ра-диотехн. спец. вузов / А. П. Достанко. - Минск : Высш.шк., 1982. - 206 с.

22. Ланин, В. Л. Проектирование и оптимизация технологических процессов производства электронной аппаратуры / В. Л. Ланин, В. А. Емельянов, А. А. Хмыль. – Минск : БГУИР, 1998. – 196 с.

23. Технология обработки материалов. Методическое пособие по курсовому проектированию. В 2 Ч. / Г. М. Шахлевич [и др.]. – Минск : БГУИР, 2001.– Ч. 1 – 43 с. ; Ч. 2 – 69 с.

24. Боженков, В. В. Покрытия в технологии РЭС (ЭВС). Метод. указания по курсу «Материаловедение». В 2 ч. / В. В. Боженков, Г. М. Шахлевич, Б. Г. Максимов. – Минск : МРТИ, 1992.

25. Шахлевич, Г. М. Лабораторные работы по курсу «Материаловедение». В 2 ч. / Г. М. Шахлевич, В. В. Боженков, А. А. Костюкевич. Ч.1. – Минск : БГУИР, 2001. – 46 с.

26. Шахлевич, Г. М. Лабораторные работы по курсу «Материаловедение». В 2 ч. / Г. М. Шахлевич, В. В. Баранов, Е.В. Телеш. Ч.2. – Минск : БГУИР, 2003. – 52 с.

27. Баранов, В. В. Материаловедение : практикум/ В. В. Баранов, Г. М. Шахлевич, Е. В. Телеш. – Минск : БГУИР, 2004. – 34 с.

28. Практикум по дисциплинам «Технология обработки материалов», «Технология деталей РЭС», «Производственные технологии»/ А. П. Достанко, Г. М. Шахлевич, Е.В.Телеш. – Минск : БГУИР,  2004. – 37 с.