Авиа

Архив рубрики «Характеристики металлов и микроэлементов»

Кадмиевую бронзу используют для проводов, коллекторных пласцш, скользящих контактов. Бронзы имеют широкое применение в приборостроении. В табл. 1 приведены некоторые марки и свойства меди и медных сплавов.

Алюминий Al занимает третье место среди проводниковых материалов по величине удельного сопротивления, имеет малую плотность (примерно в 3,3 раза меньше, чем у меди), небольшую прочность (ав=100 МПа) и хорошую пластичность (6=35%). Он легко окисляется на воздухе, причем на поверхности образуется газонепроницаемая пленка А1г03 толщиной ~0,05 мкм, предохраняющая внутренние слои металла от дальнейшего окисления.

Промышленность выпускает электролитический сверхчистый алюминий А999 (99,999% А1) и А995 (99,995% А1). Эти марки алюминия обладают высокой пластичностью и стойкостью против коррозии. Их применяют для анодной фольги электролитических конденсаторов и для защитных кабельных оболочек. Другие марки этой группы-г А99 (99,99% Al), A95 (99,95% А1).

Алюминий технической чистоты маркируется как А85

(99,85% А1), А7 (99,7% А1) и применяется для кабельных и токопроводящих изделий, фольги, плакировки сплавов. Алюминий марок АО (99,0% А1) и АЕ (99,5% А1) используют для получения алюминиевых сплавов, кабелей, токопроводящих изделий, шин, рамок и стрелок электроизмерительных приборов. Проводимость алюминия сильно падает при наличии таких примесей, как марганец, железо, медь, вследствие увеличения искажений кристаллической решетки, поэтому проволока из алюминия технической чистоты после отжига при /=(350±20)°С должна иметь гарантированную заводом-изготовителем величину удельного электросопротивления; обычно она составляет не более 0,028-Ю-6 ОмХ Хм.

Удельная проводимость а характеризует перенос электрических зарядов под действием-внешнего электрического поля (величина, обратная удельному электрическому сопротивлению р, т.е. 1/а=р); о(р) — свойство структурно чувствительное.

Вольтамперная характеристика вещества, выражающая зависимость плотности тока / от напряженности поля Е, для различных веществ имеет разный характер. Величина  характеризует наклон кривой [/=/(?)]. В общем случае удельная проводимость зависит от напряженности поля. В частном же случае, когда вольтамперная характеристика представляет собой прямую линию, справедлив закон Ома: J = oE и а не зависит от Е.

Плотность тока / связана с зарядом носителей тока е (электронов в металле), их числом п и напряженностью поля соотношением

Длина свободного пробега электрона невелика, обычно 10_6</<10-5 см. Это обусловлено нарушениями периодического потенциала поля ионного остова кристалла, Вызванного динамическими и статическими несовершенствами, (дефектами кристаллического строения).

в металлах — величина того же порядка, что и межатомные расстояния. Поэтому наиболее сильным является рассеяние электронов в металлах на дефектах, соизмеримых с атомными размерами (точечных).

Как отмечено выше* металлы обнаруживают увеличение проводимости при понижении температуры вследствие снижения концентрации дефектов кристаллической решетки. Кратко рассмотрим особенности поведения проводников в условиях глубокого охлаждения.

Глубокое охлаждение (до криогенных температур) радиоэлектронных устройств способствует улучшению их технических и экономических параметров, а также позволяет создавать принципиально новые приборы, например мазер, успешно используемый в спутниковых системах связи, охлаждаемые усилители в СВЧ-акусти-ке и т. д. Это привело к созданию новой отрасли техники, называемой криогенной электроникой или криоэлек-троникой.

Однако проводники в охлаждаемых системах обнаруживают другое явление, известное как аномальный поверхностный эффект. Можно считать, что на частотах, используемых в радиосвязи и радиолокации, токи в кабелях и волноводах полностью концентрируются в тонком   поверхностном    слое    проводника   (скин-эффект).

Толщина скин-слоя зависит от свойств материала, а для каждого конкретного материала — от частоты

Так, для меди глубина поверхностного слоя при частоте 50 Гц превышает 5 мм, тогда как на частоте 1 ГГц она составляет около 10-3 мм.

Тогда поверхностные потери перестают зависеть от проводимости и становятся пропорциональными

Аномальный поверхностный эффект особенно важно учитывать в области СВЧ, где путем охлаждения коаксиальных кабелей, волноводов и полых резонаторов можно значительно улучшить характеристики аппаратуры.

Они изготавливают из вольфрама и молибдена, сплавов на их основе, а также металлокера-мических композиций. Вольфрам вследствие тугоплавкости хорошо сопротивляется электрическому износу, редко сваривается и поэтому его применяют при больших токах и частотах переключения. Несмотря на высокую окисляемость, вольфрам имеет невысокое и устойчивое переходное сопротивление.

В этих же условиях применяют сплавы W—Мо. Эти сплавы при содержании 40—50% Мо обладают высоким сопротивлением электрическому износу, но вследствие образования непрерывного ряда твердых растворов (рис. 7) электросопротивление этих сплавов очень велико. К недостаткам сплавов W—Мо следует отнести также пониженное сопротивление газовой коррозии с образованием летучих окисных пленок. Поэтому мощные контакты из сплавов W—Мо должны работать в вакууме или среде инертного газа.

В наиболее мощных контактах используют спеченные порошковые композиции чистых металлов или их окислов (металлокерамика). Наиболее широко применяют спеченные композиции W—Ag, W—Си, иногда спеченный пористый вольфрам пропитывают жидкой медью или серебром в вакууме.

Исследован способ обработки Ag—Cu-контактов методом внутреннего окисления. Сплав СОМ-10 с содержанием 10% Си имеет двухфазную структуру (а+Ри), где а — это фаза, обогащенная серебром1, а (Зц — фаза, обогащенная медью. Длительное окисление сплава СОМ-10 на воздухе приводит к диффузии кислорода через а-фазу (кислород легко диффундирует в серебро) и к окислению частиц меди. В результате такой обработки получают композиционный материал: в серебряной матрице равномерно распределены окислы меди. Наличие окислов меди повышает сопротивление свариванию и стойкость против электрического износа. Металлокерамика Ag—CdO обладает способностью к гашению дуги. Хорошие эксплуатационные свойства имеет металлокерамическая композиция Ag—Ni.

Они должны удовлетворять тем же требованиям, что и разрывные, но они должны иметь также высокое сопротивление свариванию и малый износ в результате трения. Скользящие контакты в виде электрощеток изготавливают из угольно-графитовых композиций с применением связки (каменноугольная и синте-

тйческие смолы) и пропиточных материалов. Кроме того, применяют медно-, бронзо- и серебрянографитовые композиции (МГЗ, МГ5, СГЗ, ¦ СГ5). Цифра в марках указывает на содержание графита в процентах. Применение графита в скользящих контактах обусловлено его иеокисляемостью, очень высоким напряжением дугообразования, низким коэффициентом трения и несвариваемостыо.

Неподвиоюные контакты. К неподвижным контактам относятся зажимные токоведущие устройства, которые, кроме низкого переходного* электросопротивления, должны иметь высокие прочностные и пластические свойства и коррозионную стойкость. Этим требованиям удовлетворяют различные м^рки латуней и бронз (см. выше).

Подложками для поликристаллических пленок обычно служат такие вещества, как стекло, кварц, ситаллы, фотоситаллы, гетинакс, керамика, органические пленки и др., которые не могут существенно влиять на кристаллическую структуру металлических пленок. Тем не менее неизбежные несовершенства и неровности этих подложек определяют расположение и энергетическое состояние, по крайней мере, первых нескольких слоев атомов во время осаждения. Другая поверхность пленки

подвержена действию остаточных газов во время напыления и впоследствии — воздуха. Это может приводить к окислению поверхностных слоев, что в дальнейшем сказывается на свойствах тонких пленок. Сопротивление проводника при наличии поверхностного эффекта Rs больше, чем при равномерном распределении тока по его поперечному сечению:

где а — объемная электрическая проводимость материала при постоянном токе.

Вследствие возрастания объемной проводимости при понижении температуры проводника следует ожидать понижения значения Rs в охлаждаемых проводниках. Однако при самых низких температурах, используемых в криоэлектронных схемах, значение Rs оказывается больше рассчитанного ла основе классического представления. Это явление получило название аномального поверхностного эффекта.

По мере понижения температуры проводника вероятность рассеяния электронов фононами уменьшается. Средний свободный пробег электронов увеличивается и может превысить толщину скин-слоя.

К особой группе проводников относятся различные контактные материалы, важнейшим свойством которых должно быть низкое переходное электросопротивление.

Электрические контакты подразделяют на: разрывные, скользящие, неподвижные.

Разрывные контакты предназначены для периодического замыкания и размыкания цепи и работают в наиболее трудных условиях. В процессе их работы возникает   электрическая   дуга,   ускоряющая

коррозию контакта, а также вызывающая особый вид повреждения, называемый электрическим износом (эрозией). Коррозия (окисление контакта) приводит к повышению переходного электросопротивления, вызывает разогрев и сваривание контакта. Эрозия способствует появлению на контактных поверхностях кратера на одном контакте и иглы — на другом, так как металл контакта плавится, испаряется, распыляется на рабочей поверхности и переносится с одного контакта на другой.’ Сопротивление электрическому износу значительно меньше у тугоплавких металлов, а также в сплавах с повышенной механической твердостью и прочностью.

В зависимости от электрической мощности разрывные контакты подразделяют" на слабонагруженные (маломощные) и высоконагру-женные (мощные).

Сплавы серебра с палладием стойки против окисления, сернистых паров, электрического износа. Сплавы Ag—Cd обладают ценной способностью к гашению возникающей дуги парами окиси кадмия, образующейся вследствие окисления при повышении температуры. Высокие эксплуатационные свойства имеют сплавы Ag—Ir, Ag—Os, Ag—Ru. Контакты из сплавов на основе серебра и золота применяют при токах примерно до 5 А/м2 и при небольшой частоте срабатывания контактов (до 5 в 1 с/м2). При большем числе срабатываний применяют сплавы Pt—1г.

Для слабонагруженных контактов широко применяют также сплавы серебра с медью, имеющие более высокую твердость и сопротивление эрозии.

Вместе с тем при упорядочении потенциал поля ионного остова решетки становится периодически более правильным и симметричным. Это увеличивает длину свободного пробега электронов и удельную проводимость.

По-видимому, в химических соединениях всегда превалирует первый фактор, а в упорядоченных растворах — второй. Поэтому упорядочение, как правило, существенно снижает удельное электросопротивление раствора. На рис. 5 приведена зависимость удельного электросопротивления от состава сплавов системы Си—Аи, для которой впервые обнаружено влияние упорядочения на электросопротивление. В этих сплавах после упорядочения р уменьшается в 2—3 раза.

Удельная проводимость гетерофазных сплавов в первом приближении равна сумме а» фаз, входящих в этот сплав, однако возможны отклонения от аддитивности при высокой дисперсности частиц вторичных фаз.

Внешние воздействия, сопровождающиеся понижением структурного совершенства металлов (пластическая деформация, радиационное облучение), ухудшают подвижность электронов и повышают электросопротивление.

Состоят из высокодисперсных зерен, размер которых того же порядка, что и мозаичных блоков в деформированных металлах, а взаимная разориентировка может достигать десятков градусов, в то время как угол разориентиров-ки соседних блоков в -металлах составляет несколько минут. Причина такой разориентировки — формирование пленки из независимых зародышей и затрудненная миграция атомов по поверхности подложки. Большая разориентировка приводит" к высокой плотности дислокаций в граничных зонах. Плотность дислокаций в пленках может достигать 1010—1013 см-2. Она зависит от толщины пленки. В очень тонких пленках (<10 нм) плотность дислокаций составляет 1-Ю9 см~2. При увеличении толщины она растет, и в пленках толщиной ~40 нм составляет 1-Ю10 см-2. Дислокации в монокристаллических пленках располагаются по всей толщине от одной поверхности пленки до другой. Кроме того, пленки содержат все другие виды дефектов кристаллического строения: примесные атомы, вакансии, дефекты, упаковки и др.

Указанные особенности кристаллического строения объясняют высокий уровень внутренних напряжений в пленках (иногда превосходящий предел прочности материала в массивном состоянии) и их высокую механическую прочность.

На дефектность пленки и ее напряженное состояние оказывают влияние поглощенные остаточные газы, которые осаждаются на подложке вместе с атомами испаряемого металла. Между атомами испаряемого вещества и атомами остаточных газов возникают химические взаимодействия, приводящие к образованию химических соединений, изменяющих свойства пленки. Конденсируемая пленка загрязняется также парами примесей, находящихся в испаряемом металле. Загрязнение может быть уменьшено при увеличении скорости конденсации.

Эта зависимость называется правилом Матиссена.

Построение     графика   температурной   зависимости удельного электрического   сопротивления  металла     показывает,    что при  температурах,  <близ-ких к абсолютному нулю, сопротивление        падает примерно пропорционально Г5  (рис. 2), и экстраполяция его к Г=0 дает остаточное сопротивление ро, соизмеримое со значением ра’, оно   зависит   от .     химических   (посторонние атомы)     и      физических (вакансии и дислокации) дефектов решетки и повышается с увеличением их концентрации.

При работе с металлами особо высокой чистоты, когда чувствительность химических методов анализа оказывается недостаточной, широко используют оценку чистоты по отношению удельных электросопротивлений, измеренных при комнатной температуре и температуре жидкого гелия:ротн=Ркоми : P4.2K-Так как удельное электросопротивление, обусловленное тепловыми колебаниями, практически не зависит от концентрации примесей и дефектов, различие в значениях р от образца к образцу в этом случае связано с различием в pd. Электрическая проводимость металлов с кубической решеткой изотропна.

Данное сопоставлениевсегда возрастает при растворении в них других элементов, независимо от природы последних   [см.   формулу    (1.9)].

Прирост pd весьма велик, и при больших концентрациях растворенного компонента удельное электросопротивление раствора может оказаться в несколько раз большим, чем металла-растворителя. Это вызвано искажениями, ‘которые вносят в решетку растворителя растворенные атомы. Однако температурная зависимость удельного электросопротивления с увеличением легирования твердого раствора    снижается  (а     сплава<Са чистого

металла). В случае неограниченной растворимости компонентов в двухкомпонентнои системе максимум р, как правило, расположен при концентрации ~50%  (рис. 3).

Этой  же  концентрации   со-

ответствует минимальное значение ар (рис. 4). Эта закономерность не соблюдается, если в растворении участвуют переходные металлы.   Упорядочение  твер-

дых растворов сопровождается двумя явлениями, противоположно влияющими на удельную проводимость. С одной стороны, усиливаются химические связи, уменьшается число электронов проводимости и удельная проводимость падает. Подтверждением того, что усиление химических связей понижает удельную проводимость, являются данные об электропроводности химических сое-

динений, которая всегда значительно ниже, чем у компонентов, образующих это соединение:

В некоторых случаях серебро заменяют золотом Аи.Медь Си. Вторым после серебра металлом с низким удельным сопротивлением является медь. Наиболее пластична бескислородная вакуумная медь с содержанием =^0,02% Ог, которую получают индукционной плавкой в вакууме. Вакуумная медь (99,99% Си) имеет пониженное удельное сопротивление р = 0,017 мкОм-м и пониженное  содержание летучих   примесей — Pb,  Bi, Zn.

На воздухе поверхность медного проводника быстро покрывается слоем закиси — окиси меди с высоким удельным электросопротивлением. Высокочастотные медные токоведущие элементы защищают от окисления покрытием из серебра. В настоящее время выпускают следующие марки чистой меди с содержанием последней, %, не менее: М00 99,99; МО 99,95; Ml 99,9; М2 99,7; МЗ 99,5; М4 99,0.

Техническую медную проволоку выпускают в отожженном виде марок ММ  (мягкая)   и в   нагартованном МТ (твердая). Марки мягкой меди МО и Ml (aB = =270 МПа; р = 0,0175 мкОм-м) применяют для обмоточных проводов, жил кабелей, твердую медь тех же марок (ав = 390 МПа; р=0,018 мкОм-м) —для контактных проводов и коллекторов. Температура рекристаллизации меди 270° С. Вакуумную бескислородную медь (М00) используют в электровакуумных приборах (аноды мощных ламп), в элементах СВЧ-приборов (волноводы, магнетроны), для изготовления особо тонкой проволоки и красномедной фольги. Медь марок М2, МЗ и М4 применяют для получения медных сплавов —бронз и латуней.

Основное направление современной микроэлектроники— микроминиатюризация электронной аппаратуры на основе использования интегральных схем. К основным интегральным схемам относятся:

1) схемы, изготовленные в одном кристалле полупроводника (монолитные). В результате селективной диффузии примесей в монокристалл полупроводника в отдельных его частях образуются диоды, триоды, пассивные элементы, соединенные между собой либо непосредственно в толще полупроводника, либо с помощью спе-

циальиой селективной металлизации на поверхности кристалла. Плотность монтажа или количество компонентов схемы в’ единице объема полупроводника составляет более 1013 м-3;

2) пленочные схемы, которые изготавливают методом последовательного нанесения на изолирующую подложку тонких пленок определенной конфигурации из металлов, диэлектриков и полупроводников. Плотность монтажа такой схемы ~5-102 см~3.

Ниже рассмотрены проводниковые металлические элементы пленочных и гибридных интегральных схем. Технология изготовления .пленочных схем основана на использовании слоев тонких пленок металлов, диэлектриков и полупроводников, нанесенных на изолирующие подложки. Материалы, используемые для этих схем, имеют толщину всего несколько сотен атомных слоев (10— 1000 нм).

Основные требования, предъявляемые к тонкопленочным проводникам и контактным площадкам, следующие:

а)  высокая электрическая проводимость; .

б)   хорошее сцепление  (адгезия)   с подложкой;

в)   малое переходное сопротивление между проводящим слоем и другими элементами микросхемы;

г)   химическая инертность по отношению к другим слоям.

Она состоит в том, что носителями заряда в них являются практически только электроны, причем число электронов, участвующих в электрической проводимости, у разных металлов практически одинаково и может быть принято   равным  1(F—1023 см-3.

Для металлов характерны: а) прямолинейная вольт-амперная характеристика; б) отрицательный температурный коэффициент удельной проводимости (do/dT<. <С0); в) снижение удельной проводимости при введении примесей и структурных дефектов.

Атомы, (ионы) твердых тел (в том числе металлов) совершают непрерывные тепловые колебания в узлах кристаллической решетки. Эти колебания — причина локальных динамических искажений решетки, непрерывно изменяющихся по знаку, величине и направлению. Взаимодействие колебаний друг с другом, а также с электронами в значительной степени сказывается на теплопроводности, электрической проводимости, инфракрасном поглощении, электрическом пробое диэлектриков и других свойствах материалов.

Амплитуда тепловых колебаний ионов металлов U увеличивается с ростом температуры U2~T (экспериментально величина амплитуд тепловых колебаний оценивается методами рентгеноструктурного анализа). Это создает дополнительную неупорядоченность кристаллической структуры, в результате чего увеличиваются отражение и рассеяние электронов, что приводит к снижению удельной проводимости (увеличению удельного электросопротивления). За исключением области очень низких температур, удельное электрическое сопротивление линейно зависит от температуры:

Наиболее широко для тонкопленочных проводников используют золото, серебро, медь, алюминий и никель. Эти материалы, обладающие высокой проводимостью, имеют плохую адгезию к диэлектрическим подложкам, поэтому их наносят на «подслой» другого металла с хорошей адгезией. В качестве подслоя используют хром, титан, молибден, железо.

Ниже приведены свойства материалов тонкопленочных проводников:

В конструкциях микросхем обычно применяют многослойную коммутацию, в которой нижний слой обеспечивает хорошую адгезию к подложке, промежуточный слой обладает высокой проводимостью, а верхний служит защитой от внешних воздействий, например системы Сг— —Си—Ni, Ti—Al—Ni.

Структура и свойства тонких металлических пленок зависят от многих факторов. Один из важнейших факторов — метод их получения. Тонкие пленки получают следующими методами: 1) термическим вакуумным испарением; 2) катодно-вакуумным распылением; 3) ион-но-плазменным распылением; 4) электролитическим осаждением; 5) химическим осаждением.

Наибольшее распространение получил метод вакуумного испарения, который заключается в нагреве испаряющегося металла в условиях высокого вакуума и конденсации паров на   относительно   холодной   подложке.

Для сообщения пленкам определенных конфигураций служат специальные защитные маски, содержащие отверстия нужной формы и помещаемые вплотную перед подложкой на пути’осаждающихся паров. Атомы, осаждаемые на подложке, начинают мигрировать, образуя комплексы, размеры которых зависят от условий процесса осаждения, в основном от температуры подложки и величины сцепления между напыляемым металлом и материалом подложки.

Величина удельного электросопротивления чистых металлов находится в пределах 0,016—1,16 мкОм-м. Значение 0,016 мкОм-м соответствует чистому серебру, 1,16 мкОм-м — чистому висмуту.

У сплавов р«2,5 мкОм-м, ар различных чистых металлов изменяется в небольших пределах вблизи значения ~5-10_3 К-1. У сплавов ар значительно ниже и может вообще стремиться к нулю. Для промышленных проводящих материалов большое значение имеют механические характеристики — предел прочности при растяжении ав и относительное удлинение при растяжении б, характеризующее пластичность проводника (в процентах) .

Ниже рассмотрены низкоомные проводящие материалы, используемые для передачи электрической энергии, а также контактные материалы. К металлам, применяемым в качестве низкоомных проводников, относятся серебро, медь, алюминий и некоторые сплавы на их основе.

Серебро Ag. Вследствие высокого электрохимического потенциала серебро является благородным металлом и практически не окисляется на воздухе; Поэтому, несмотря на высокую стоимость, серебро применяют в качестве неокисляющихся проводников, электрических кон-

тактов на высоких и ультравысоких частотах, а также в печатных микроэлектронных схемах. В высокочастотной аппаратуре серебро широко используют для покрытия меди или латуни слоем ~5 мкм. Покрытие создается гальваническим методом или напылением в вакууме. Поскольку в высокочастотных элементах имеет место оттеснение зарядов в поверхностные слои проводника (поверхностный эффект), серебрение высокочастотных проводников резко снижает электросопротивление. На воздухе серебро темнеет вследствие образования сернистого серебра Ag2S. Но электропроводность этого соединения значительно выше, чем окиси или закиси меди, поэтому контакт серебра с атмосферой мало сказывается на его электропроводности. Для защиты серебра от сернистых паров применяют покрытия Лаком или тонким слоем палладия. Высокая свето- и теплоотражательная способность позволяет изготавливать из серебра зеркала и теплоотражатели для различных конструкций летательных аппаратов.

Благодаря высокой теплопроводности серебро применяют как датчик для измерения температуры. Специальными методами из серебра изготавливают электроды и токопроводящие покрытия на непроводящих поверхностях: керамике, смоле, стекле, кварце и др. (печатный монтаж, изготовление конденсаторов, пьезокварцевых пластин).

Проводниковая биметаллическая проволока состоит из стальной сердцевины и медной или алюминиевой оболочки. Ее получают путем их совместной пластической деформации. При определенных условиях биметаллическим проводником может считаться проводник с покрытием, полученным гальваническим осаждением, металлизацией в вакууме и т. д. Механическая прочность биметалла благодаря стальной сердцевине значительно выше, чем ‘у меди (<тв= = 600 МПа). Проводимость биметалла, особенно на повышенных частотах, определяется сечением поверхностной оболочки вследствие явления скин-эффекта. Кроме того, медная и алюминиевая оболочки защищают сталь от коррозии. Проводниковую биметаллическую стале-медную проволоку выпускают диаметром 1—4 мм; ~50%  (по-массе) может составлять медь. Однако применение пленочных интегральных схем ограничивается   отсутствием   пленочных   транзисторов,

а — расположение элементов пленочного модуля; б — электрическая схема пленочного  модуля;   1 — пленка   алюминия;   2,  3 — диэлектрик  конденсаторов

которые вводят как «навесные» элементы в гибридные интегральные схемы. На поверхность- подложек наносят тонкие электропроводящие покрытия, выполняющие функции монтажных проводов, пассивных элементов и контактных площадок. Таким образом, в тонкопленочных элементах микроэлектронных схем образуется система проводников и контактных площадок. Контактные площадки служат для присоединения внешних выводов микросхемы и

выводов «навесных» элементов, например транзисторов (рис. 6).

Пленочные элементы микросхем должны иметь строго определенные свойства и сохранять их в заданных пределах в течение всего срока службы.

Электрические и механические свойства пленок определяются особенностью их кристаллического строения, т. е. большой разориентировкой зерен и высокой плотностью дефектов. Пленочные материалы отличаются более высокими значениями удельного электросопротивления, особыми магнитными свойствами, большими внутренними напряжениями и повышенной механической прочностью, значительно превышающей прочность соответствующих массивных образцов.

Слабонагруженные контакты изготавливают из благородных металлов — золота, серебра, платины, палладия и их сплавов, которые отличаются низким переходным сопротивлением и повышенной стойкостью против окисления. Стойкостью против эрозии они не обладают, поэтому их можно применять только в малонагру-женных цепях. Наибольшее распространение получило серебро и его сплавы. Окисление серебра в процессе работы контакта не приводит к значительному росту переходного электросопротивления, так как окисел серебра электропроводен и при нагреве восстанавливается. Сплавы серебра и золота с более тугоплавкими металлами, например никелем, можно применять в цепях повышенной мощности.

В зависимбсти от условий напыления и природы материала пленки и подложки могут образовываться: аморфные пленки, не имеющие кристаллической решетки; мелкозернистые пленки с размером кристаллов < 10 нм; крупнозернистые пленки с размером кристаллов >10 нм; монокристаллические пленки.

Исследования показали, что тугоплавкие металлы с температурой плавления >1875°С—вольфрам, тантал, молибден, рений, а также полупроводники — германий и кр’емний образуют мелкозернистые пленки с сильной разориентировкой кристаллов, о чем свидетельствует сильная размытость дифракционных колец электроно-грамм. Пленки из металлов средней тугоплавкости (^пл=6504-1875°С)—платины, хрома, титана, железа, никеля, золота, серебра, меди, алюминия — дают на электронограммах также . размытые дифракционные кольца. Однако с ростом толщины пленок четкость колец увеличивается, что свидетельствует об укрупнении кристаллов примерно до 100 нм.

Особенности кристаллической структуры тонких пленок

Свойства и строение тонких пленок обычно значительно отличаются от свойств и строения массивного материала. Тонкие пленки можно рассматривать как особое состояние вещества.

Структура металлических пленок зависит от многих факторов: природы испаряемого металла, природы и обработки подложки, ее температуры, скорости и температуры конденсации, степени вакуума, состава остаточных газов, толщины конденсированной пленки, угла наклона атомного пучка к поверхности подложки и т.д.

Если проводник должен иметь повышенную прочность, или стойкость к истиранию, то используют сплавы меди — латунь и бронзу, хотя удельное электросопротивление их выше.

Латунь — это сплавы системы Си—Zn, содержащие иногда 1—2% Мп или Fe. В марках латуни цифры указывают на процентное содержание меди (например, латунь Л80, Л68). Латуни системы Си—Zn отличаются хорошими механическими и коррозионными свойствами, поддаются ковке, штамповке, прокатке (листы, лента, полуфабрикаты) в горячем и холодном состоянии. Удельная электрическая проводимость латуни при содержании 30% Zn составляет примерно 40% от проводимости меди. Структура практически применяемых латуней при комнатной температуре представляет собой либо кристаллы а-раствора цинка в меди, либо смесь а+р’-кри-сталлов, где р’— кристаллы фазы, представляющей собой упорядоченный р-твердый раствор на базе соединения CuZn с электронным типом связи и электронной концентрацией 3/2.

Бронзы — сплавы меди с оловом, кадмием, бериллием, алюминием, кремнием и другими элементами. Бронзы превосходят медь по механическим свойствам, химической стойкости, стойкости к истиранию, антифрикционным и другим свойствам, но имеют более низкую удельную проводимость. Наилучшими свойствами отличаются бронзы с добавками бериллия и кадмия. Бронзу маркируют начальными буквами Бр, затем следуют буквы, показывающие, какие легирующие элементы содержит бронза, и цифры, указывающие на количество этих элементов в целых процентах (например, БрОЦ4—3 содержит Sn 3,5—4,0%, Zn 2,7—3,3%, а также сотые и ты-

сячные доли процента Fe, Pb, Sb, Al, Si, P). Структура бронз определяется типом диаграммы состояния медь— легирующий элемент и видом термической обработки. \Лучшие марки бронз, например бериллиевую (табл. 1), применяют для токоведущих пружин, контактов, различных мембран.