无机材料物理性能第6讲

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1、无机材料的电导无机材料的电导本部分的主要内容电导的物理现象离子电导电子电导无机非金属材料电导电导的应用无机材料的电导本部分的关键：理解并掌握如下公式的含义5.1电导的物理现象欧姆定律示意图电导的物理现象电导的宏观参数电导率：E：V/cm欧姆定律的微分形式电阻率：载流子迁移率:单位电场强度下，单位时间内载流子在电场内的迁移距离。不同材料的电导率差异巨大，横跨27个数量级导体：107Ω-1m-1半导体：10-6~104Ω-1m-1绝缘体：10-1~10-20Ω-1m-1电导的宏观参数体积电阻和体积电阻率电流:电阻:体积电阻Rv反映材料的导电能力，与材料性质及样品几何尺寸的关系:电导的宏观参数h－

2、板状样品的厚度(cm)S－板状样品的电极面积(cm2)ρv－体积电阻率,为描写材料电阻性能的参数电导的宏观参数体积电阻和体积电阻率管状试样电导的宏观参数体积电阻和体积电阻率圆片式样体积电阻率的测量g电导的宏观参数片状试样电导的宏观参数精确测定结果:电导的宏观参数表面电阻和表面电阻率板状式样电导的宏观参数圆片试样VIabgr1r2电导的物理特性载流子：具有电荷的自由粒子，在电场作用下可产生电流。霍尔效应现象：沿x轴通入电流，z方向上加磁场，y方向上将产生电场。实质：运动电荷在磁场中受力所致，但此处的运动电荷只能是电子，因其质量小、运动容易，故此现象只出现于电子电导时，即可用霍尔效应的存在与否检

3、验材料是否存在电子电导。电导的物理特性电导的物理特性霍尔效应霍尔系数电导率霍尔迁移率霍尔效应可检验材料是否存在电子电导电解效应运动的离子在电极附近发生电子得失而形成新的物质，称为电解效应。用此可检验材料中是否存在离子电导。电导的物理特性电导的物理特性迁移率和电导率的一般表达式离子电导本征电导：源于晶体点阵的基本离子的运动，高温下特别显著。杂质电导：由固定较弱的离子（杂质）离子的运动造成，低温显著。离子电导注意：电导的基本公式：只有一种载流子时：有多种载流子时：离子电导要研究的主要内容：载流子浓度离子迁移率离子电导率影响离子电导率的因素离子电导载流子浓度本征电导：源于晶体点阵的基本离子的运动。

4、固有电导中，载流子由晶体本身的热缺陷提供。载流子浓度晶体的热缺陷主要有两类：弗仑克尔缺陷肖特基缺陷离子电导杂质电导：由固定较弱的离子（杂质）离子的运动造成。电导的基本公式只有一种载流子时：有多种载流子时：载流子浓度弗仑克尔缺陷：N为单位体积内离子结点数Ef为同时生成一个填隙离子和一个空位所需要的能量载流子浓度肖特基空位浓度N为单位体积内离子对的数目Es为离解一个阴离子和一个阳离子并到达表面所需要的能量载流子浓度一般肖特基缺陷形成能比弗仑克尔缺陷形成能低许多高温下:离子晶体的电导主要由热缺陷浓度决定低温下:离子晶体的电导主要由杂质载流子浓度决定离子迁移率离子电导的微观机制为载流子──离子的扩散

5、。间隙离子的扩散过程就构成了宏观的离子“迁移”。离子迁移率间隙离子的势垒离子迁移率间隙离子的势垒变化离子电导率离子电导率的一般表达方式如果本征电导主要由肖特基缺陷引起，其本征电导率为：离子电导率只有一种载流电导率可表示为：写成对数形式:活化能:离子电导率离子扩散机构影响离子电导率的因素离子电导率呈指数关系，随温度升高，电导率迅速增大。低温下，杂质电导占主要地位(曲线1)；高温下，固有电导起主要作用。1、温度杂质离子电导与温度的关系影响离子电导率的因素离子电导率2、晶体结构活化能大小取决于晶体间各粒子的结合力。而晶体结合力受如下因素影响：离子半径：离子半径小，结合力大离子电荷，电价高，结

6、合力大堆积程度，结合愈紧密，可供移动的离子数目就少，且移动也要困难些，可导致较低的电导率影响离子电导率的因素离子电导率3、晶格缺陷离子性晶格缺陷的生成及其浓度大小是决定离子电导的关键所在。而影响晶格缺陷生成和浓度的主要有如下因素：热激励生成晶格缺陷(肖特基与弗仑克尔缺陷)不等价固溶掺杂离子晶体中正负离子计量比随气氛的变化发生偏离固体电解质简介定义具有离子电导的固体物质称为固体电解质离子晶体要具有离子电导的特性，必须：电子载流子的浓度小离子晶格缺陷浓度大，并参与电导固体电解质电导离子电导率电子电导的基本公式：电子电导电子电导的载流子是：电子和空穴电子电导主要发生在导体和半导体中在电子电导材料中

7、，电子与点阵的非弹性碰撞引起电子波的散射是电子运动受阻的原因之一。电子迁移率平均自由运动的时间的长短τ是由载流子的散射强弱决定。散射越弱，自由程越长，迁移率也越大。电子和空穴的有效质量的大小是由半导体材料的性质决定的。掺杂浓度和温度对迁移率的影响,本质上是对载流子散射强弱的影响。电子迁移率散射的两个原因1、晶格散射晶格振动引起的散射叫做晶格散射；温度越高，晶格振动越强，对载流子的晶格散射也将增强，迁移率降低。