最新电子材料的电导1教学讲义PPT课件.ppt

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1、电子材料的电导13.1电导的物理现象几个基本概念1）体积电阻2）表面电阻3）四电极法（四探针法）4）迁移率5）电子电导6）离子电导2对一截均匀导电体，存在如下关系得:欧姆定律的微分形式电阻率（电导率）导体中某点的电流密度正比于该点的电场强度，比例系数为该材料的电导率。代入3园片试样的表面电阻RS表面电阻率ρs不反映材料性质，它取决于样品表面的状态，单位为欧姆。设环形电极的内外半径分别为r1和r2,电流沿半径方向,则l=dx,b=2πx7---消除电极非欧姆接触对测量的影响直流四端电极（测高电导材料的σ方法）（四端电

2、极如右图）适用于高导电率材料V为两电极内侧间的电压，l为两电极内侧间的距离得8四探针法----样品尺寸较大测σ的简单方法，如果样品尺寸＞＞l，四探针直线排列，测１和４间的电流为I,２和３间的电压V为,则可以推出9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，就可以在电场作用下产生导电电流。金属中：自由电子无机材料中（分两类）：电子（电子、空穴）——电子电导离子（正离子、负离子）——离子电导载流子10电子电导、离子电导与材料的关系固态的导体或半导体、强电场下的绝缘体中主要是电子电导

3、液态的导体或半导体、弱电场下的绝缘体中主要是离子电导11物体的导电现象——载流子在电场作用下的定向迁移。（微观本质）迁移率迁移率的特点：与载流子类型有关与杂质浓度有关与温度有关与晶体结构有关1213如果存在多种载流子，则材料的电导率14a.载流子：电子、空穴b.特点：具有霍尔效应什么是霍尔效应？电子电导利用霍尔效应可以检验材料中是否存在电子电导，还可检测载流子的符号(电子、空穴)。15霍尔效应产生霍尔效应的原因是电子在磁场作用下产生横向移动-----产生电场.而离子的质量比电子的质量大的多,磁场的作用力不足以使离子

4、产生横向移动,所以纯离子电导不呈现霍尔效应16a.载流子：离子b.特点：电解效应电解效应：离子在电场作用下的迁移伴随着一定的化学变化，在电极附近发生电子得失，产生新的物质。法拉第电解定律：g=Q/F，g：电解物质的量；F：法拉第常数；Q：通过的电量。即电解物质的量与通过的电荷量成正比。离子电导173.2离子电导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18弱电场下的绝缘体中主要是离子电导,离子晶体大多是绝缘体离子晶体中的电导主要是离子电导。离子晶体具有离子电导的两个条件：a电子载流子浓度小b离子晶格缺陷浓度

5、大且参与导电19根据载流子的不同，离子电导可分为本征电导和杂质电导1、本征电导（intrinsic）即固有离子电导由于热振动，晶格离子离开晶格形成缺陷载流子，主要有两种情形：弗仑克尔（Frankel）缺陷离子和肖特基（Schottky）缺陷离子。一般在高温下显著。2、杂质电导(impurity)由杂质离子做载流子。低温占主导地位。20--对本征电导的两种情形载流子浓度弗仑克尔缺陷，移动一个离子所以填隙离子浓度等于空位浓度如Ag+或Cl-肖特基缺陷，离解一对离子，如Na+Cl-对．可见热缺陷浓度取决于温度T和离解能E

6、s21只有在结构很松且离子半径很小如晶体AgCl，才易形成弗仑克尔缺陷，易生成间隙离子Ag22杂质离子浓度与杂质数量、种类有关。杂质离子的存在使晶格点阵产生畸变，使杂质离子离解活化能下降。故低温下，离子晶体的电导主要由杂质电导决定。---对杂质电导载流子浓度23离子迁移率---以间隙离子在晶格间隙的扩散为例ν为离子在某一平衡位置的振动频率δ为离子的平均跃迁距离,即晶格常数q为离子电荷U0为离子跃迁时需要克服的势垒,即位能24离子迁移率的数量级为10-13～10-16m2/(s·V)例如：离子晶体的晶格常数为5×10

7、–8cm，振动频率为1012Hz,位能为0.5eV，在温度300K时离子迁移率25离子电导率一般情况下，同时考虑本征和杂质,则26本征杂质低温下，杂质电导占优；高温下，本征电导占优。如果仅考虑一种载流子取对数得由斜率可求出电导活化能W=BK27温度：一般地，高温下本征离子电导，低温下杂质离子电导。晶体结构：结构越致密，或熔点高的　　　晶体，活化能越大，电导率越低。晶格缺陷：受热激励、掺杂、制备气氛等因素影响而产生缺陷，从而导致载流子浓度的变化。影响离子电导率的因素由电导率公式可知283.3电子电导载流子是电子/空穴

8、，主要发生在导体、半导体中。能带理论电子迁移率载流子浓度电子电导率界面电导293.3.1能带理论一、能带的形成单个原子的能级是分立的大量原子组成晶体后，各个原子的能级会因电子云的重叠而产生分裂理论计算表明：由N个原子组成的晶体中，每个原子的一个能级将分裂成N个，每个能级上容纳的电子数不变。30能带能级对应于晶体中电子作共有化运动的能量，称为允带。允带之间的能