材料的电导说课材料.ppt

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1、材料的电导2、载流子无机材料中的载流子可以是电子（负电子，空穴），离子（正、负离子，空位）。载流子为离子的电导为离子电导，载流子为电子的电导为电子电导。3、霍尔效应Halleffect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轴方向加一磁场Hz，那么在y轴方向上将产生一电场Ey，这一现象称为霍尔效应。式中的RH称为霍尔系数(Hallcoefficient)，它表示霍尔效应的强弱。JxEyHz霍尔系数RH=μ*ρ对于半导体材料：n型：p型：霍尔迁移率霍尔效应的产生是由于电子在磁场作用下，产生横向移动的结果，离

2、子的质量比电子大得多，磁场作用力不足以使它产生横向位移，因而纯离子电导不呈现霍尔效应。JxEyHz利用霍尔效应可检验材料是否存在电子电导。4、电解效应（离子电导特征）离子电导的特征是存在电解效应。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，产生新的物质，这就是电解现象。可以检验陶瓷材料是否存在离子电导，并且可以判定载流子是正离子还是负离子。法拉第电解定律：g——电解物质的量Q——通过的电量C——电化当量F——法拉第常数5.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。设单位截面积为，在

3、单位体积内载流子数为，每一载流子的电荷量为，则单位体积内参加导电的自由电荷为。如果介质处在外电场中，则作用于每一个载流子的力等于。在这个力的作用下，每一载流子在方向发生漂移，其平均速度为。容易看出，单位时间（1s）通过单位截面的电荷量为其物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度。第二节离子电导一.离子电导类型(ionicconduction)离子电导固有离子电导（或本征电导）离子自身随着热振动离开晶格形成热缺陷。源于晶体点阵的基本离子的运动（高温）杂质电导杂质离子是弱联系离子，所以在较低温度下杂质电导表现得显著。固定较弱的离子的运动造成的（

4、主要是杂质离子）10二．载流子浓度1.对于固有电导(本征电导intrinsicconduction)载流子由晶体本身热缺陷——弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷提供。1)弗仑克尔缺陷浓度弗仑克尔缺陷的填隙离子和空位的浓度是相等的，都可表示为2)肖特基空位浓度式中N为单位体积内离子对的数目,Es为离解散一个阴离子和一个阳离子并到达表面所需要的能量。3）讨论热缺陷的浓度（N）决定于温度T和离解散能E。（a）常温下，T小，kT＜＜E，所以N小；高温下，T大，kT↑，N也↑，所以固有电导也显著（b）E与晶体结构有关在离子晶体中，肖特基缺陷形成能＜弗仑克尔缺

5、陷形成能。2．杂质电导因为杂质离子的存在，不仅增加了电流载体数，而且使点阵发生畸变，杂质离子离解活化能变小。在低温下，离子晶体的电导主要由杂质载流子浓度决定。杂质导电与本征导电的比较杂质离子浓度远小于晶格格点数；杂质离子的活化能小于热缺陷移动的活化能；离子晶体的电导主要为杂质电导。15三．离子迁移率离子电导的微观机构为载流子--离子的扩散。这种扩散过程就构成了宏观的离子“迁移”。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U0进行跃迁，因而热运动能是间隙离子迁移所需要能量的主要来源。通常热运动平均能量仍比U0小许多(相应

6、于1ev的温度为104K)。根据玻尔兹曼统计规律，单位时间沿某一方向跃迁的次数为式中ν0为间隙离子在半稳定位置上振动的频率。1.无外加电场时间隙离子在晶体中各方向的“迁移”次数都相同，宏观上无电荷定向运动，故介质中无电导现象。2.有外加电场时由于电场力的作用，晶体中间隙离子的势垒不再对称，如图，对于正离子，受电场力作用，F=qE，F与E同方向，因而正离子顺电场方向“迁移”容易，反电场方向“迁移”困难。设电场E在δ／2距离上(δ为相邻半稳定位置间的距离)造成的位势差ΔU=F·δ／2=qE·δ／2。则顺电场方向填隙离子单位时间内跃迁的次数为逆

7、电场方向填隙离子单位时间内跃迁的次数为单位时间内每一间隙离子沿电场方向的剩余跃迁次数应该为每跃迁一次的距离为δ，所以载流子沿电场方向的迁移速度V可视为3.讨论当电场强度不太大时，ΔU<

8、晶体中,其扩散时所需克服的势垒都是不同的，空位扩散能＜间隙离子扩散能，因此碱卤晶体的电导主要为空位电导。通常离子迁移率约为10-13——10-16m2／(s·V)。四．离子电导率1．离子电导的