材料的电学性能.pptVIP

;主要内容;电导率和电阻率 对一截均匀导电体，存在如下关系： 欧姆定律 欧姆定律微分形式;微分式说明导体中某点的电流密度正比于该点有电场,比例系数为电导率σ 电场强度E－伏特/厘米; 电阻密度J－安培/厘米2; 电阻ρ－欧姆.厘米; 电导率σ－欧姆-1.厘米-1 ;电流是电荷在空间的定向运动。 任何一种物质，只要存在带电荷的自由粒子——载流子，就可以在电场下产生导电电流。 金属中： 自由电子 无机材料中： 电子（负电子/空穴）——电子电导 离子（正、负离子/空穴）——离子电导 ; 电子电导的特征是具有霍尔效应。 沿试样x轴方向通入电流I(电流密度Jx),z轴方向上加一磁场Hz,那么在y轴方向上将产生一电场Ey,这种现象称霍尔效应。 ? ;Ey产生的电场强度,霍尔系数（又称霍尔常数）RH 霍尔效应的起源： 源于磁场中运动电荷所产生的洛仑兹力，导致载流子在磁场中产生洛仑兹偏转。该力所作用的方向即与电荷运动的方向垂直，也与磁场方向垂直。; ? 霍尔系数RH=μ*ρ，即霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率ρ与电子迁移率μ的乘积。 ?霍尔系数RH有如下表达式： ? ? ?对于半导体材料： ?n型： ?? ?p型：; ?离子电导的特征是具有电解效应。 ?利用电解效应可以检验 ?材料是否存在离子导电 ?可以判定载流子是正离子还是负离子 ? ;(2)迁移率和电导率的一般表达式 物体的导电现象，其微观本质是载流子在电场作用下的定向迁移。;4.2 离子电导 ;固有电导(本征电导)中，载流子由晶体本身的热缺陷提供。晶体的热缺陷主要有两类：弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷。Frenker缺陷指正常格点的原子由于热运动进入晶格间隙，而在晶体内正常格点留下空位。空位和间隙离子成对产生。 弗仑克尔缺陷： (弗仑克尔缺陷中填隙离子和空位的浓度是相等的) Ef－形成弗仑克尔缺陷所需能量;而肖特基缺陷中： Es－离解一个阳离子和一个阴离子到达到表面所需能量。 低温下：KTE，故Nf与Ns都较低。只有在高温下，热缺陷的浓度才明显增大，亦即，固有电导在高温下才会显著地增大。 E与晶体结构有关，一般EsEf，只有结构很松???离子半径很小的情况下，才容易形成弗仑克尔缺陷。 ;整理课件;（2）杂质电导的载流子浓度 杂质电导（extrinsic conduction）的载流子浓度决定于杂质的数量和种类。由于杂质的存在，不仅增加了载流子数，而且使点阵发生畸变，使得离子离解能变小。在低温下，离子晶体的电导主要是杂质电导。如在Al2O3晶体中掺入MgO或TiO2杂质;4.2.2 离子迁移率 离子电导的微观机构为载流子 ─ 离子的扩散。间隙离子处于间隙位置时，受周边离子的作用，处于一定的平衡位置(半稳定位置)。如要从一个间隙位置跃入相邻间隙位置，需克服高度为U0的势垒完成一次跃迁，又处于新的平衡位置上。这种扩散过程就构成了宏观的离子“迁移”。 由于U0相当大，远大于一般的电场能，即在一般的电场强度下，间隙离子单从电场中获得的能量不足以克服势垒进行跃迁，因而热运动能是间隙离子迁移所需能量的主要来源。;整理课件;间隙离子的势垒变化 单位时间沿某一方向跃迁的次数 离子迁移与势垒U0的关系;ν0－间隙原子在半稳定位置上振动频率 无外加电场时，各方向迁移的次数都相同，宏观上无电荷的定向运动。故介质中无导电现象。;整理课件;加上电场后，由于电场力的作用，使得晶体中间隙离子的势垒不再对称。正离子顺电场方向，“迁移”容易，反电场方向“迁移”困难。;载流子沿电场方向的迁移速度V δ－相邻半稳定位置间的距离 U－无外电场时的间隙离子的势垒（eＶ） 故载流子沿电流方向的迁移率为： q－电荷数(C) k=0.86×10-4 (eV/Ｋ);4.2.3 离子电导率 (1)离子电导率的一般表达方式 σ=nqμ 如果本征电导主要由肖特基缺陷引起，其本征电导率为： Ws－可认为是电导的活化能，它包括缺陷形成能和迁移能。电导率与之具有指数函数的关系。;若有杂质也可依照上式写出： N2－杂质离子的浓度 一般N2N1，但B2B1，故有exp(-B2)exp(-B1)这说明杂质电导率要比本征电导率大得多。 只有一种载流电导率可表示为： 若以lnσ和1/T作图，可绘得一直线，从直线斜率即可求出活化能：W=BK;有两种载流子时如碱卤晶体，总电导可表示 本征缺陷? ?? 　杂质缺陷 有多种载流子时如碱卤晶体，总电导可表示为;整理课件;(2)扩散与离子电导 离子扩散机构;能斯脱-爱因斯坦方程:;4