最新材料电学性能材料科学基础PPT课件.ppt

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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