电子材料物理第四章.电子教案.ppt

《电子材料物理第四章.电子教案.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、电子材料物理第四章.介电性能：在电场作用下，电介质材料表现出对静电能存储和损耗的性质。介电常数(dielectricconstant)—表示极化强弱的宏观物理量。介质损耗(dielectricloss)介电强度(dielectricstrength)电介质材料的特点：不存在载流子，是绝缘体，绝缘电阻率＞109Ω.cm具有介电常数部分介质具有特殊功能（压电性、铁电性、热释电性）2主要内容4.1介质极化4.2介电损耗4.3介电强度4.4铁电压电性3（1）介电常数：εr为电介质的相对电容率（相对介电常数）电介质的电容率（介电常

2、数）电容器的电容量受到电容器的几何形状和材料性质的影响。ε是反映电介质极化行为的宏观物理量；极化能力越强，介电常数越大。用介质电容器可以作为储能元件，储能密度大小可以表示为ω=1/2ε0εrE24.1介质的极化1.极化现象及其物理量4方向为从负电荷指向正电荷介质中的极性分子可看作偶极子(在电场的作用下极性分子发生转向)－q+qE（2）电偶极矩偶极子的产生：在电场的作用下，正负电荷重心的分离电偶极矩的定义l5其中：Eloc为作用在微观质点上的局部电场。（它与宏观外电场并不一定相同）极化率表征材料极化能力的微观物理量，只与

3、材料的性质有关，其单位为F·m2（法拉·米2）（3）极化率（）：单位电场强度下，质点的电偶极矩的大小。6（4）极化强度(矢量)：单位体积内电偶极矩的矢量和P描述了电介质极化强弱，反映了电介质内电偶极矩排列的有序或无序程度，是描述介质极化的宏观物理量。P方向是从负电荷指向正电荷。θ为介质表面法线方向与极化强度方向的夹角。P的单位为C/m2,与面电荷密度单位相同。θPLn为单位体积的极化质点数7真空中各向同性介质中对于各向同性的材料而言χ—电极化系数，E为宏观平均电场82、电介质中的电场（1）介质中的宏观电场EE=E外+E

4、1___介质中的场（宏观电场）自由电荷的场极化电荷的场（退极化场）（2）原子位置上的局部电场Eloc+E2称为洛伦兹场。可以证明，立方对称结构中E3=0。E3E2E1PE外++++++______+++__++9(3)洛伦兹场的推导：E3=0①低气压的气体介质②非极性的液体介质③立方点阵的固体介质(dE是在P方向上的投影)10（4）推导克劳修斯-莫索蒂方程根据电位移D，宏观电场E和极化强度Ｐ的关系可知即11建立了宏观量r与微观量之间的关系。适用于分子间作用弱的气体、非极性液体和具有立方结构的离子晶体（E3=0）对于两

5、种以上极化质点的介质：获得高的介电常数的途径：1）大，2）单位体积质点的数目，即密度大克劳修斯-莫索蒂方程12电子位移极化离子位移极化离子（电子）松弛极化偶极子转向极化空间电荷极化自发极化3、介质的极化类型极化形式位移极化是一种弹性的、瞬时完成的极化，不消耗能量(10-15s)松弛极化与热运动有关，完成这种极化需要一定的时间并且是非弹性的，因而消耗一定的能量13（1）电子位移极化电子位移极化的定义在外电场作用下，原子外围的电子云相对于原子核发生位移形成的极化加上外电场后无外电场时E14具有一个弹性束缚电荷在强迫振动中所

6、表现出来的特性设想一个质量为m，带电为-e的粒子，为一带正电+e的中心所束缚，弹性恢复力为-kx。这里k是弹性回复系数，x表示粒子的位移。我们考虑它在交变电场下运动，电场用复数表示：电荷的运动方程电子位移极化的性质静态极化率（ω0趋于0）15利用玻尔原子模型求电子位移极化率施加电场之前，核对电子的吸引力和离心力之间是一对平衡力。ElocOOMRdeElocFR若考虑同类原子的集合，它们所有轨道是随机取向++--16说明：1）电子位移极化发生在原子（离子）内部，其电子极化率的大小与原子（或离子）半径大小有关；2）电子位移极

7、化建立的时间较短，约10-14~10-15秒，瞬时完成，不消耗能量；3）电子位移极化率与温度无关4）在光频范围，只有电子位移极化能跟上电场的变化，此时的介电常数几乎完全由电子位移极化率贡献。又因为在光频范围光的折射率n所以，在光频范围，电介质的相对介电常数εr=n217（2）离子位移极化离子在电场作用下偏移平衡位置的移动，相当于形成一个感生偶极矩受到电场力及弹性恢复力的作用，在新的平衡位置时E---由正负离子发生相对位移而形成的极化Δr=Δr-+Δr+18离子的极化率i孤立离子对间相互作用能U＝库仑引力能U1＋排斥能U

8、2平衡位置时，势能Ｕ最小，求出b，再利用弹性谐振子模型，可以求出：Ａ为马德隆常数，n为电子层斥力指数（7-11）a为正负离子核间距19说明：离子位移极化存在于离子晶体中离子位移极化率与正负离子的核间距有关建立时间为约10-12~10-13秒，快极化，不消耗能量；与温度有关T升高，正负离子核间距增大，极化率增大，但增加