金屬導(dǎo)電性理論

1、金屬導(dǎo)電性理論第1頁，共14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)4分，星期三金屬導(dǎo)電性的物理本質(zhì)研究的三個(gè)理 論階段 （1）經(jīng)典自由電子理論（2）量子自由電子理論（3）能帶理論第2頁，共14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)4分，星期三1.經(jīng)典電子理論 經(jīng)典電子理論認(rèn)為：正離子形成的電場(chǎng)是均勻的，自由電子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律遵循經(jīng)典力學(xué)氣體分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 在沒有外電場(chǎng)作用時(shí)，金屬中的自由電子沿各方向運(yùn)動(dòng)的幾率相同，不產(chǎn)生電流；施加外電場(chǎng)后，自由電子獲得附加速度，沿外電場(chǎng)方向發(fā)生定向的移動(dòng)，形成電流。自由電子在定向移動(dòng)的過程不斷與正離子發(fā)生碰撞，使電子移動(dòng)受阻，因而產(chǎn)生電阻。第3頁，共14頁，2022年，

2、5月20日，22點(diǎn)4分，星期三+金屬中的離子與自由電子示意圖第4頁，共14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)4分，星期三 量子自由電子理論的主要內(nèi)容：金屬中正離子形成的電場(chǎng)是均勻的，價(jià)電子不被原子所束縛，可以在整個(gè)金屬中自由地運(yùn)動(dòng)。 它與經(jīng)典電子理論的根本區(qū)別是自由電子的運(yùn)動(dòng)必須服從量子力學(xué)的規(guī)律。第5頁，共14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)4分，星期三第6頁，共14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)4分，星期三 3. 固體能帶理論 孤立原子的外層電子處于能級(jí)分立的軌道上。但當(dāng)原子彼此靠近時(shí)，外層電子就不再僅受原來所屬原子的作用，還要受到其他原子的作用，原子間距減小時(shí)，電子云重疊，能級(jí)發(fā)生

3、分裂，孤立原子的每個(gè)能級(jí)將演化成由密集能級(jí)組成的準(zhǔn)連續(xù)能帶。若晶體由N個(gè)原子（或原胞）組成，則每個(gè)能帶包括N個(gè)能級(jí)，其中每個(gè)能級(jí)可被兩個(gè)自旋相反的電子所占有，故每個(gè)能帶最多可容納2N個(gè)電子（見泡利不相容原理）。第7頁，共14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)4分，星期三 把電子可以具有的能級(jí)所組成的能帶稱為允帶。能帶與能帶間的不連續(xù)區(qū)域稱為禁帶，禁帶與允帶相互交替。具有空能級(jí)允帶中的電子是自由的，在外電場(chǎng)的作用下參與導(dǎo)電，所以這樣的允帶稱為導(dǎo)帶。允帶中所有的能級(jí)都被電子占滿，這種能帶稱為滿帶。沒有電子的能帶，稱為空帶（見圖）。滿帶中的電子對(duì)于導(dǎo)電是沒有貢獻(xiàn)的，只有在導(dǎo)帶中的電子（稱為自由電子）

4、才對(duì)導(dǎo)電有貢獻(xiàn)，這些電子來自原子結(jié)構(gòu)中外層軌道上的價(jià)電子。第8頁，共14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)4分，星期三 導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶中電子分布的情況各具有明顯的特征，導(dǎo)體中存在未滿帶(由于電子未充滿或能帶重疊)。絕緣體的特征是價(jià)電子所處的能帶都是滿帶，且滿帶與相鄰的空帶之間存在一個(gè)較寬的禁帶。半導(dǎo)體的能帶與絕緣體的相似，但半導(dǎo)體的禁帶要狹窄得多(一般在1eV左右)。第9頁，共14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)4分，星期三導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的區(qū)別。（a）導(dǎo) 體 （b)半導(dǎo)體 (c)絕緣體圖1.1.1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶模型示意圖第10頁，共14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)4分，星期三4.影響金屬導(dǎo)電的因素（1）溫度 溫度對(duì)金屬電阻的影響是由于溫度引起離子晶格熱振動(dòng)造成對(duì)電子波的散射，溫度升高會(huì)使離子振動(dòng)加劇、熱振動(dòng)振幅加大，原子的無序度增加，周期勢(shì)場(chǎng)的漲落也加大，而使電阻率隨溫度的升高而增加。第11頁，共14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)4分，星期三第12頁，共14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)4分，星期三（5）熱處理對(duì)金屬電阻的影響 金屬冷加工變形后，若再進(jìn)行退火，則可使電阻降低，尤其當(dāng)溫度接近再結(jié)晶溫度時(shí)，電阻可恢復(fù)到接近冷加工前的水平。但當(dāng)退火溫度高過再結(jié)晶溫度時(shí)電阻反而又增大了。這是再結(jié)晶后新晶