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时间:2021-04-24
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1、材料电学性能材料科学基础2、电导率(electricalconductivity)(1)电导是指真实电荷在电场作用下在介质中的迁移,它是衡量材料电导能力的表观物理量。单位:S.m-1,即:(Ω.m)-1R=L/S=L/σS⑵根据电导率对材料的分类表4-19材料的分类及其电导率材料电阻率/Ω.m电导率/S.m-1超导体导体半导体绝缘体010-8-10-510-5-107107-1020∞105-10810-7-10510-20-10-7各种材料在室温的电导率金属和合金σ(Ω-1.m-1)非金属σ(Ω-1.m-1)银铜,工
2、业纯金铝,工业纯Al-1.2%,Mn合金钠钨,工业纯黄铜(70%Cu-30%Zn镍,工业纯纯铁,工业纯钛,工业纯TiC不锈钢,301型镍铬合金(80%Ni-20%Cr)6.3*1075.85*1074.25*1073.45*1072.96*1072.1*1071.77*1071.66*1071.46*1071.03*1070.24*1070.17*1070.14*1070.093*107石墨SiC锗,纯硅,纯苯酚甲醛(电木)窗玻璃氧化铝(Al2O3)云母甲基丙烯酸甲酯氧化铍(BeO)聚乙烯聚苯乙烯金刚石石英玻璃聚四氟乙烯
3、105(平均)102.24.3*10-410-7-10-11<10-1010-10-10-1210-11-10-15〈10-1210-12-10-15〈10-14〈10-14〈10-14〈10-16〈10-16导体(半满带)导体(满带与空带有重叠)绝缘体半导体(1)导体conductor碱金属锂、钠、钾钠(1S22S22P63S1):它是属于不满带的情况,故为导体,其中每个原子都有一个s价电子,众多原子聚合成固体后,s能级将分裂成很宽的s能带,而且是半充满的。碱土金属铍、镁、钙镁(1S22S22P63S2):虽然每个原子
4、的3s能带是满的,但它不是绝缘体而是导体,因为它们的3s能带与较高的能带3P有交叠的现象,故能导电。但是重叠程度有差异,例如钙的上、下两个能带重叠的部分很小,因而是不良导体。贵金属铜、银、金铜(1S22S22P63S23P63d104S1):它们都有一个s态价电子,因d层填满,原子恰如钢球,不易压缩,贵金属等的价电子数是奇数,本身的能带也没有填满,故为良导体。过渡金属铁、镍、钴铁(3S23P63d74S2):具有未满的d层,过渡金属的d层能夺取较高的s带中的电子而使能量降低,即d层和s层往往会产生能级交叉现象,故有导电性
5、。(2)绝缘体insulator绝缘体的能带结构具有下列特征:在满带与导带之间存在一个较大的禁带,约大于6.408×10-19J,禁带宽度依物质不同而异,禁带越宽,绝缘性越好。无机绝缘体对温度的稳定性较好,有机绝缘体随温度升高会发生热解,在多数情况下因游离出碳而使绝缘体变性。(3)半导体Semiconductors本征半导体Intrinsicsemiconductors半导体的禁带宽度较小,约在1.602×10-19J附近。例如室温下硅为1.794×10-19J,故在室温由晶体中原子的振动就可使少量电子受到热激发,从满带
6、跃迁到导带,即在导带底部附近存在少量电子,从而在外电场下显示出一定导电性。半导体在一般条件下就具有一定的导电能力,这是与绝缘体的主要区别。实际上,半导体在外电场下显示出的传导性能,不仅与激发到导带中的电子有关,还与满带的空穴有关。半导体的一个电子从价带激发到导带上,便产生两个载流子,即形成空穴-电子对,这是与金属导电的最大区别。载流子:自由电子,负电荷空穴,hole,正电荷carrier杂质半导体extrinsicsemiconductorn型半导体n-TYPEEXTRINSICSEMICONDUCTION在Si、Ge等
7、四价元素中掺入少量五价元素P、Sb、Bi、As等,因价电子多出一个,在导带附近会形成由杂质造成的能级。这种杂质能级与导带之间的禁带宽度很窄,故多余的一个电子在室温下就可跃迁到导带上去。这类电子型导电的半导体,称为n型半导体。Section12.11p型半导体p-TYPEEXTRINSICSEMICONDUCTION在四价元素Si、Ge等中掺入少量三价元素B、Al、Sc、Y,在价带附近形成掺杂的能级,因缺少一个电子,以少许的能量就可使电子从价带跃迁到掺杂能级上,相应地在价带中则形成一定数量的空穴,这些空穴可看成是参与导电的
8、带有正电的载流子。这种空穴型导电的半导体,称为p型半导体。本征半导体n型半导体p型半导体半导体的导电性能取决于传导电子数和空穴数。掺入的杂质的种类和数量可控制半导体的导电类型和电导率。本征半导体:在外界能量作用下电子从满带激发到导带从而具有半导体性质,属于电子和空穴的混合导电。温度越高,从满带激发至导带的电子数就越多
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