Материалы электротехнических и радиоэлектронных устройств

 
 
 
ǯDZǴǯDZǯǻǵǷǵǩ





dzǧǹǬǷǯǧDzȂȄDzǬDZǹǷǵǹǬǼǴǯǾǬǸDZǯǼ
ǯǷǧǫǯǵȄDzǬDZǹǷǵǴǴȂǼ
ǺǸǹǷǵǰǸǹǩ


ǺȞȌȈȔȕȌȖȕȘȕȈȏȌ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 

УДК 62-4:621.37 
ББК 30.3 
Н62 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Никифоров, И. К. 
Н62    
Материалы  электротехнических  и  радиоэлектронных  уст-    
           ройств  :  учебное  пособие  /  И.  К.  Никифоров.  ௅  Москва  ;  Во            логда  ;   Инфра-Инженерия, 2024. - 528 с. : ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-1955-0 
 
Рассматриваются основные сведения и справочные данные по проводниковым, диэлектрическим, полупроводниковым и магнитным материалам, применяемым в электро- и радиотехнике. Попутно рассмотрены основные применяемые конструкционные материалы. 
Для студентов электротехнических и радиотехнических специальностей и специалистов, занимающихся разработкой электротехнических и радиоэлектронных устройств.  
УДК 62-4:621.37 
ББК 30.3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1955-0 ” Никифоров И. К., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 
 

ǵǨǵǮǴǧǾǬǴǯȆǻǯǮǯǾǬǸDZǯǼǩǬDzǯǾǯǴ
ǯǶǧǷǧdzǬǹǷǵǩ
 
А 
Постоянная; потенциал магнитный векторный 
a 
Период кристаллической решетки; геометрический размер 
В 
Индукция магнитная 
b 
Толщина пленки напыляемого материала; геометрический  
размер 
С 
Емкость 
с 
Теплоемкость 
D 
Коэффициент диффузии элементарной частицы 
d 
Диаметр провода; размер щели 
Е 
Напряженность электрического поля; электродвижущая сила; 
энергия в атомной структуре 
ê 
Электрон 
F 
Сила механическая (магнитодвижущая) 
f 
Частота электрических колебаний 
G 
Проводимость, активная составляющая 
Н 
Напряженность магнитного поля 
h 
Постоянная Планка 
hȞ 
Фотон 
I, i 
Электрический ток 
j 
Плотность электрического тока 
k 
Коэффициент; постоянная Больцмана 
L 
Индуктивность 
l 
Длина 
l* 
Орбитальное квантовое число 
М 
Индукция взаимная; намагниченность 
т 
Масса 
т* Магнитное квантовое число 
N 
Количество 
Na 
Число Авогадро 
п 
Коэффициент трансформации; отношение числа витков;  
концентрация носителей зарядов 
п* 
Главное квантовое число 
Р 
Мощность активная 
р 
Удельная мощность; момент электрический 
Q 
Добротность контура; мощность реактивная;  
электрический заряд конденсатора 
q 
Электрический заряд электрона 
R 
Сопротивление электрическое активное 
3 
 

r 
Сопротивление динамическое (дифференциальное); радиус 
S 
Мощность полная 
s 
Площадь сечения 
s* 
Спиновое квантовое число 
Т 
Период колебаний; температура 
t 
Время 
U 
Напряжение электрического поля (источника питания),  
действующее значение 
u 
Напряжение электрического поля, мгновенное значение 
û 
«Дырка» 
(вакансия в атомной решетке; несбалансированный протон) 
W 
Энергия электромагнитная участка цепи 
(для реактивных компонентов и элементов) 
w 
Число витков 
Х 
Сопротивление реактивное 
х 
Координата; переменная 
Y 
Проводимость полная 
у 
Координата; переменная 
Z 
Сопротивление полное (комплексное) 
z 
Координата 
Į 
Коэффициент 
ȕ 
Коэффициент (передачи по току, фазы) 
Ȗ 
Коэффициент распространения (рекомбинации) 
G 
Коэффициент затухания; угол диэлектрических потерь 
H 
Диэлектрическая проницаемость 
Ȥ 
Восприимчивость диэлектрическая; теплопроводность удельная 
Ȝ 
Длина электромагнитной волны; теплопроводность материала 
ȝ 
Магнитная проницаемость; подвижность зарядов 
Ȟ 
Частота электромагнитных колебаний 
ȡ 
Плотность вещества; сопротивление электрическое удельное 
ı 
Проводимость электрическая удельная; предел текучести 
IJ 
Постоянная времени участка (процесса) в электрической цепи 
ȣ 
Скорость движения элементарной частицы 
ij 
Потенциал электрический; угол сдвига фаз между током  
и напряжением 
Ȧ 
Частота электрических колебаний угловая 
Ф 
Магнитный поток 
Ȍ 
Потокосцепление 
ǻ 
Глубина проникновения электрического тока; ширина  
электронно-дырочного перехода 
 
4 
 

ǺǸDzǵǩǴȂǬǸǵDZǷǧȀǬǴǯȆ 
 
CVD 
Chemical vapor deposition  
(метод химического осаждения из паровой фазы) 
MOS 
Metal Oxide Semiconductor  
(технология создания металлического оксидного слоя  
на поверхности полупроводника) 
PVD 
Physical vapor deposition  
(метод физического осаждения из паровой фазы) 
АВН 
Аппарат высокого напряжения 
БИС 
Большая интегральная схема 
ВЧ 
Высокочастотный(ая); высокие частоты 
ГК 
Горячекатаная (сталь) 
ЖМКУ 
Жидкометаллическое(ие) коммутирующее(ие)  
устройство(а) 
ИВЭП 
Источники вторичного электропитания 
ИМС 
Интегральная(ые) микросхема(ы) 
КМ 
Композиционный материал 
КНА 
Кремний на алмазе 
КНИ 
Кремний на изоляторе 
КТР 
Коэффициент теплового расширения  
(обычно объемный) 
КЯ 
Квантовая «яма»  
МЭМС 
Микоэлектромеханические системы 
н.у.э. 
Нормальные условия эксплуатации 
НЭАС 
Низковольтное электроаппаратостроение 
ПДК 
Предельная допустимая концентрация 
ПП 
Полупроводники, полупроводниковый(ые) 
ППГ 
Прямоугольная петля гистерезиса 
РЗМ 
Редкоземельные металлы 
РЭУ 
Радиоэлектронное(ые) устройство(а) 
СБИС 
Сверхбольшая интегральная схема 
СВЧ 
Сверхвысокочастотный 
СД 
Светодиод 
СЭА 
Силовое(ые) электронное(ые) устройство(а) 
ТИ 
Температурный индекс 
ТКЛР 
Температурный коэффициент линейного расширения 
ТКС 
Температурный коэффициент сопротивления 
ТУ 
Технические условия 
УЗ 
Ультразвук; ультразвуковая  
(например, сварка) 
5 
 

ФЭП 
Фотоэлектрический преобразователь 
ХК 
Холоднокатаная (сталь) 
ЭДП 
Электронно-дырочный переход 
ЭИМ 
Электроизоляционный(е) материал(ы) 
ЭТС 
Электротехническая сталь 
ЭТУ 
Электротехническое(ие) устройство(а) 
ЭУ 
Электронные устройства 
6 
 

ǶǷǬǫǯǸDzǵǩǯǬ
 
Материаловедение ௅ научное направление, изучающее природу, свойства и поведение разнородных по электрофизическим 
и механическим свойствам и состоянием веществ и материалов,  
а также закономерности процессов их получения, структурообразования, процессов соединения и разрушения. Другими словами, материаловедение ௅ это наука, устанавливающая принципы создания различных материалов, разработки их технологий и 
установления областей применения. Для каждого промышленного направления имеется своя материаловедческая база технологий создания требуемых материалов с заданными свойствами 
и характеристиками и методов их проверки и исследований. 
С помощью внешних воздействий управляют на разнообразие структурных состояний в конденсированных средах (жидкое, аморфное, поли- или монокристаллическое, газообразное, 
плазменное) с целью задания требуемых физико-механических, 
тепловых, электрофизических, магнитных, физико-химических 
и прочих свойств и характеристик материалов. Все это составляет основу разнообразных и различных по природе технологий 
изготовления современных материалов и изделий на их основе. 
В целом и в обобщенном виде все это укладывается в следующую структурную цепочку: назначение материала ĺ принципы 
создания ĺ химический состав веществ и композитов ĺ требуемая структура и фазовое состояние (газ, жидкость, твердое состояние) ĺ технологии получения ĺ методы контроля и дальнейших исследований.  
Другими словами, основу любого устройства составляют 
материалы, из которого они изготовлены путем использования 
тех или иных технологий. В частности, ЭТУ и РЭУ можем рассматривать в виде категорий: система в целом (объект) ĺ отдельный блок ĺ конкретная схема ĺ компоненты и элементы 
схемы ĺ материалы, из которых изготовлены компоненты  
и элементы.  
Общепринятым под компонентом электрической (и электронной) схемы понимают базовую единицу схемы, наименьшую конструктивно и технологически законченную деталь,  
7 
 

выполняющую заданные функции в электрической (и электронной) схеме. Компонент может входить в состав элемента схемы 
или узла ЭТУ и РЭУ. Тогда переходят к понятию электро- и радиоэлемента (элемент схемы) ௅ конструктивно завершенное, 
изготовленное в промышленных условиях изделие, как правило, 
состоящее из составных частей и способное выполнять свои 
функции (регламентируется производителем в ТУ) в составе 
электрических (и электронных) цепей. Другими словами, элементы могут иметь достаточно сложное по технологии изготовления внутреннее устройство и не допускают разделения на части, так как иначе будут неспособны выполнять свое функциональное назначение. 
Под пассивными компонентами понимают резисторы, 
предохранители, конденсаторы, катушки индуктивности (без 
магнитных сердечников). К пассивным элементам схем можно 
отнести микросборки резисторов, пассивные фильтры и  
т. п. Термин «пассивный» понимают в том смысле, что компоненты схем активно не влияют на какие-либо преобразования 
электромагнитной энергии, т. е. нет процесса управления этой 
энергией. Тогда термин «активный» подразумевает активное 
преобразование энергией с функцией управления ею. Соответственно трансформаторы относятся к пассивным элементам 
схем. Если рассматривать полупроводниковые приборы, здесь 
также считать, что транзисторы, тиристоры относятся к активным компонентам схем, а операционные усилители, микросборки транзисторов и интегральные схемы ௅ к активным элементам 
схем. Так как диоды не обладают функцией управления электрической энергией, их классифицируют как пассивные компоненты, а диодные сборки и мосты ௅ как пассивные элементы 
схем. 
Исходя из представленного подхода видны основные 
направления материаловедения для ЭТУ и РЭУ. В первую очередь, это учет электрофизических свойств и параметров материалов при создании компонентов и элементов схем. Во вторую 
очередь, это конструкционные материалы, обеспечивающие эргономические показатели устройств в заданных условиях эксплуатации.  
8 
 

В данном учебном пособии рассматриваются преимущественно материалы для компонентов и элементов ЭТУ и РЭУ и 
в какой-то мере конструкционные материалы для этих 
устройств. Попутно с этим кратко рассматриваются технологии, 
описание которых позволяет наглядно понять применение тех 
или иных материалов и особенности их создания и применения.  
Газообразные и жидкие материалы для ЭТУ рассматриваются частично и кратко из-за ограниченности объема учебного 
пособия. Более подробная информация по указанным видам материалов см., например, книгу: Справочник по электротехническим материалам. В трех томах / под ред. Ю. В. Корицкого,  
В. В. Пасынкова, Б. М. Тареева. ௅ 3-е изд., перераб. ௅ Москва: 
Энергоатомиздат, 1986. 
К электротехническим материалам будем относить материалы, предназначенные для электротехнических (и в какой-то 
мере электроэнергетических) устройств и аппаратуры. А к  
радиоэлектронным будем относить материалы, преимущественно предназначенные для производства различных компонентов и элементов схем. Строгого деления на указанные типы 
материалов нет.  
На практике различные материалы подвергаются воздействиям как отдельно электрических и магнитных полей, так и их 
совокупности. Например, по поведению в магнитном поле электротехнические материалы подразделяются на сильномагнитные 
(магнетики) и слабомагнитные. Большинство электротехнических материалов можно отнести к слабомагнитным или практически немагнитным. В то же время среди магнетиков следует 
также различать проводящие, ПП и практически непроводящие, 
и это связано иной раз с частотным диапазоном их применения.  
В зависимости от условий эксплуатации к материалам, используемым в радиоэлектронной аппаратуре, предъявляются 
иной раз очень жесткие и разносторонние требования. Изоляционные материалы, например, должны иметь низкие диэлектрические потери и высокую электрическую прочность. Магнитные 
сердечники должны обладать большой магнитной проницаемостью и повышенным удельным электрическим сопротивлением. 
Такие материалы должны быть по возможности легкими, меха9 
 

нически прочными, не бояться тряски, вибраций и ударных 
нагрузок с большими ускорениями.  
Материалы, используемые для аппаратуры массового потребления, должны быть относительно дешевыми. Технология 
изготовления из них изделий должна быть простой, допускающей автоматизацию производства. Материалы могут оказываться под воздействием электромагнитных волн различных частот, 
многие из которых совпадают с частотами собственных колебаний частиц вещества. Поэтому при конструировании ЭТУ  
и РЭУ необходимо рассчитывать системы с сосредоточен- 
ными и распределенными параметрами. В первом случае  
размеры деталей малы по сравнению с длиной волны, а токи  
в разных сечениях системы в один и тот же момент времени 
практически одинаковы. Во втором случае токи в различных 
сечениях системы неодинаковы и представляют собой функции 
не только времени, но и размеров системы. К системам с распределенными параметрами принадлежат волноводы, объемные 
резонаторы и другие детали, применяемые в технике сверхвысоких частот. 
Учитывая ограниченность объема учебной литературы, делаются многочисленные ссылки на различные источники информации, дополняющие материал книги и способствующие 
выработке самостоятельного изучения и нахождения дополнительной информации.  
В дальнейшем нормальными условиями эксплуатации (н.у.э.), 
согласно [2] считают условия, при которых температура окру- 
жающего воздуха составляет 15...25 ƒС, влажность воздуха составляет 45-75  и атмосферное давление 8,6Â104…10,6Â104 Па 
(650…800 мм рт. ст.), отсутствуют агрессивные газы, испарения, 
соли и примеси пыли, а также нет радиационных и механических 
воздействий. Более подробную информацию о влиянии климатических факторов на работоспособность изделий радиоэлектронной 
аппаратуры см. в соответствующих ГОСТах и в других источниках 
и справочных изданиях, например: Федоров В., Сергеев Н., Кондрашин А. Контроль и испытания в проектировании и производстве радиоэлектронной аппаратуры. М., 2005.  
 
 
10