材料的电性能ppt课件.ppt

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1、Chapter2材料的电性能——ElectronicPropertiesofMaterials2.0引言2.1电子类载流子导电2.2离子类载流子导电2.3半导体的导电机制2.4超导电性简介2.5电性能测量2.0引言电性能主要研究载流子的输运机制、规律及其与材料组成和结构的关系，是导电材料、电阻材料、电热材料、半导体材料、超导材料及其器件等工作的基础。导线－－电能传输，电子电路电阻－－电路控制，传感器，发热件半导体－－二级管、三极管，传感器超导体－－强磁体，科学研究、原子能、交通、工业按照载流子种类，电导机制主要有二种：－－电子电导－－离子电导因此，需

2、要专门研究和讨论。导线电阻半导体超导体2.0引言1、载流子电流是电荷在空间的定向运动。电荷的载体称为载流子，载流子可以是电子、空穴、正离子、负离子，而电荷有正电荷、负电荷。载流子与电荷的关系好像船与乘客的关系。研究电导核心是研究载流子输运。正电荷的载流子：正离子、空穴负电荷的载流子：电子、负离子金属：自由电子；无机材料：电子（负电子/空穴）——电子电导离子（正、负离子/空位）——离子电导霍尔效应电解效应离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新物质，这就是电解现象。离子电导的特征是具有电解效应。电解物质与通过的电量成正比g=C

3、Q=Q/F,g为电解物质的量，Q为通过的电量，C为电化当量，F为法拉第常数。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电解效应总之，电导的物理特性.金属：导体中的载流子是自由电子无机材料：载流子可以是电子(负电子、空穴)，称为电子电导，也可以是离子(正、负离子、空位)，称为离子电导a)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验材料是否存在电子电导。b)电解效应运

4、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。用此可检验材料中是否存在离子电导。2、迁移数表征载流子种类对总导电的贡献系数，也称输运数。，，，分别表示正离子、负离子、电子和空穴的迁移数。离子导体：多数氯盐、氟盐混合导体：混合氧化物电导体：FeO,CuCl当ti>0.99时，材料为离子(电)导体，0

5、：S/m（西门子每米）单位为：·m，·cm、·m工程技术上常用：·mm2/m工程中常用：国际标准软铜（20ºC，=0.01724·mm2/m）的电导率为100%。Fe的IACS为17%，Al为65%IACS=InternationalAnnealedCopperStandard国际退火(软)铜标准Insulator电导率逐渐增高的顺序10-18~10-610-7~102100~107σ→∞ConductorSuperconductor边界处可以有重叠，而且严格来讲，说一种材料是半导体还是金属要看其电阻-温度特性Semiconducto

6、r金属：银——1.5×10-6·cm锰——260×10-6·cm2.2电子类载流子导电——金属导电性热振动晶格波弹性范围内原子的不断交替聚拢和分离晶格波的能量量子称为声子量子力学：电阻率是电子与声子作用的统计平均效应。能带理论：周期性势场中电子运动不受“阻力”，势场偏离周期场碰撞散射一般金属的电阻是由于晶格原子振动（声子）对电子的散射引起的。原子振动、杂质缺陷1、量子力学电导率根据量子力学理论：nef有效电子密度，m*有效质量，lF、vF电子平均自由程、平均速度，μ=1/lF称散射系数。经典考虑晶体点阵对电场作用后电子的有效质量Fermi面附近

7、电子的平均自由程单位体积内实际参加传导过程的电子数金属非金属散射系数与温度成正比能带完美的晶体（T=0K，无杂质、缺陷）不产生散射，电阻为0。因此，散射电子来自两种情况：1）由于温度引起点阵离子的振动（声子）温度2）晶体杂质、缺陷———晶格畸变杂质浓度2、马基申定则（Matthiessen’sLaw）散射系数：－－ρ(T)，为与温度有关的金属基本电阻，即溶剂金属(纯金属)的电阻，对应着两种散射机制(声子散射和电子散射)。这个电阻在T=0K降为零。－－ρ’，是晶体杂质、缺陷引起的电阻（电子在杂质和缺陷上的散射)，与温度无关，在T=0K不为0，称为残余电

8、阻。衡量金属纯度图温度对金属低温比电阻的影响3212T/K2TD/3理想金属含杂质金属含缺陷金属金属的电阻率