材料電學(xué)性能課件

1第四部分材料的電學(xué)性能1第四部分材料的電學(xué)性能2

材料的電學(xué)性能用處很多，我們一定要學(xué)會(huì)材料的導(dǎo)電機(jī)理、影響因素以及它們的測(cè)量方法并運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中，讓我們的生活更加豐富多彩。2材料的電學(xué)性能用處很多，我們一定要學(xué)會(huì)材料的導(dǎo)電機(jī)理、3本章講授的內(nèi)容1.導(dǎo)電性能2.熱電性能3.半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)4.介質(zhì)極化與介電常數(shù)5.電介質(zhì)的介質(zhì)損耗6.絕緣材料3本章講授的內(nèi)容1.導(dǎo)電性能4第一節(jié)導(dǎo)電性能本節(jié)教學(xué)內(nèi)容電阻與導(dǎo)電的基本概念導(dǎo)電機(jī)理△超導(dǎo)電性影響材料導(dǎo)電性的因素導(dǎo)電性的測(cè)量及應(yīng)用4第一節(jié)導(dǎo)電性能本節(jié)教學(xué)內(nèi)容電阻與導(dǎo)電的基本概念51.1電阻與導(dǎo)電的基本概念1.1.1電阻率1.1.2電導(dǎo)率電阻率和電導(dǎo)率都與材料的尺寸無(wú)關(guān)，而只決定于它們的性質(zhì)，因此是物質(zhì)的本征參數(shù)，可用來(lái)作為表征材料導(dǎo)電性的尺度。51.1電阻與導(dǎo)電的基本概念1.1.1電阻率1.1.261.1.3根據(jù)材料導(dǎo)電性能好壞，可把材料分為：導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體:ρ＜10-2Ω?m:10-2Ω?m＜

ρ＜1010Ω?m:ρ＞1010Ω?m不同材料的導(dǎo)電能力相差很大，這是由它們的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電本質(zhì)所決定的。61.1.3根據(jù)材料導(dǎo)電性能好壞，可把材料分為：導(dǎo)體半導(dǎo)體7一、導(dǎo)電材料白川英樹(shù)黑格麥克迪爾米德導(dǎo)電高分子材料7一、導(dǎo)電材料白川英樹(shù)黑格麥克迪爾米德導(dǎo)電高分子材料8二、絕緣材料導(dǎo)熱絕緣材料陶瓷系列插座電工絕緣膠帶

8二、絕緣材料導(dǎo)熱絕緣材料陶瓷系列插座電工絕緣膠帶

9三、半導(dǎo)體材料CPU(CentralProcessingUnit)

9三、半導(dǎo)體材料CPU(CentralProcessin101.2導(dǎo)電機(jī)理△1.2.1金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理1.2.1.1經(jīng)典電子理論

1900年特魯?shù)拢≒.Drude）首先提出用金屬中自由電子的運(yùn)動(dòng)來(lái)解釋金屬導(dǎo)電性問(wèn)題，以后洛倫茲進(jìn)一步發(fā)展了特魯?shù)碌母拍?，建立了金屬的?jīng)典電子理論。洛侖茲101.2導(dǎo)電機(jī)理△1.2.1金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理1111.金屬導(dǎo)電的經(jīng)典電子理論的基本框架金屬中的正離子按一定的方式排列為晶格；從原子中分離出來(lái)的外層電子成為自由電子；在電場(chǎng)作用下，大量自由電子的定向漂移形成電流。自由電子的性質(zhì)與理想氣體中的分子相似，形成自由電子氣；在自由電子定向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不斷與正離子碰撞，形成電阻。111.金屬導(dǎo)電的經(jīng)典電子理論的基本框架金屬中的正離子按一12++++++++++++++++++++++++++++++2.金屬中的離子與自由電子示意圖12++++++++++++++++++++++++++++133.金屬中的自由電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)大量自由電子的統(tǒng)計(jì)平均，就是以平均定向漂移速度逆著電場(chǎng)線(xiàn)漂移。當(dāng)金屬中有電場(chǎng)時(shí)，每個(gè)自由電子都因受到電場(chǎng)力的作用而加速，即在無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)上疊加一個(gè)定向運(yùn)動(dòng)。自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中頻繁地與晶格碰撞，碰后電子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的幾率相等。因此可認(rèn)為每個(gè)電子在相鄰兩次碰撞間做初速為零勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。133.金屬中的自由電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)大量自由電子的統(tǒng)計(jì)平144.從金屬的電子理論導(dǎo)出歐姆定律的微分形式設(shè)導(dǎo)體內(nèi)的恒定場(chǎng)強(qiáng)為，則電子的加速度為電子兩次碰撞的時(shí)間間隔為t

，上次碰撞后的初速度為，則統(tǒng)計(jì)平均后，初速度的平均值為零，則平均時(shí)間間隔等于平均自由程除以平均速率144.從金屬的電子理論導(dǎo)出歐姆定律的微分形式設(shè)導(dǎo)體內(nèi)的恒定15則平均漂移速度電流密度為其中，電導(dǎo)率為：

從金屬的經(jīng)典電子理論導(dǎo)出了歐姆定律的微分形式，而且得到了電導(dǎo)率的表達(dá)式。

從電導(dǎo)率表達(dá)式知：電導(dǎo)率與自由電子的數(shù)量成正比，與電子的平均自由程成正比。15則平均漂移速度電流密度為其中，電導(dǎo)率為：從金屬的經(jīng)典電165.金屬的經(jīng)典電子理論的缺陷

按照氣體動(dòng)力學(xué)，電阻率應(yīng)與熱力學(xué)溫度的平方根成正比，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果電阻率與熱力學(xué)溫度成正比。

金屬的經(jīng)典電子理論的主要缺陷是把適用于宏觀(guān)物體的牛頓定律應(yīng)用到微觀(guān)的電子運(yùn)動(dòng)中，并且承認(rèn)能量的連續(xù)性。

根據(jù)此理論，自由電子數(shù)量越多導(dǎo)電性應(yīng)當(dāng)越好，事實(shí)卻是二、三價(jià)金屬的價(jià)電子雖比一價(jià)金屬的多，但導(dǎo)電性反而比一價(jià)金屬的差。

這一理論不能解釋超導(dǎo)現(xiàn)象的產(chǎn)生。165.金屬的經(jīng)典電子理論的缺陷按照氣體動(dòng)力學(xué)，電阻率應(yīng)171.2.1.2量子自由電子理論

物理學(xué)家普朗克發(fā)現(xiàn)，能量的傳遞不是連續(xù)的，而是以一個(gè)一個(gè)的能量單位傳遞的。這種最小能量單位被稱(chēng)作能量子（簡(jiǎn)稱(chēng)量子）。

在現(xiàn)代量子理論中，任何物質(zhì)都有波動(dòng)性和粒子性。而且位置和速度都不可能同時(shí)被準(zhǔn)確的測(cè)量，只能用概率來(lái)描述。量子論認(rèn)為：正離子形成的電場(chǎng)是均勻的；價(jià)電子具有不同的能級(jí)。

“量子理論”之父

1918年獲諾貝爾獎(jiǎng)。171.2.1.2量子自由電子理論物理學(xué)家普朗克18運(yùn)動(dòng)著的電子作為物質(zhì)波，其頻率和波長(zhǎng)與電子的運(yùn)動(dòng)速度或動(dòng)量之間有如下關(guān)系：一價(jià)金屬中自由電子的動(dòng)能：E=mv2/2為常數(shù)稱(chēng)為波數(shù)頻率表征金屬中自由電子可能具有的能量狀態(tài)的參數(shù)18運(yùn)動(dòng)著的電子作為物質(zhì)波，其頻率和波長(zhǎng)與電子的運(yùn)動(dòng)速度或動(dòng)191.沒(méi)加電場(chǎng)時(shí)E-K關(guān)系曲線(xiàn)曲線(xiàn)對(duì)稱(chēng)分布：沿正、反方向運(yùn)動(dòng)的電子數(shù)量相同，沒(méi)有電流產(chǎn)生。從粒子的觀(guān)點(diǎn)看，曲線(xiàn)表示自由電子的能量與速度（動(dòng)量）之間的關(guān)系。從波動(dòng)的觀(guān)點(diǎn)看，曲線(xiàn)表示電子的能量和波數(shù)之間的關(guān)系。價(jià)電子具有不同的能量狀態(tài)191.沒(méi)加電場(chǎng)時(shí)E-K關(guān)系曲線(xiàn)曲線(xiàn)對(duì)稱(chēng)分布：沿正、反方向運(yùn)202.電場(chǎng)對(duì)E-K關(guān)系曲線(xiàn)的影響外電場(chǎng)使向著其正向運(yùn)動(dòng)的電子能量降低，反向運(yùn)動(dòng)的電子能量升高。由于能量變化，使部分能量較高的電子轉(zhuǎn)向電場(chǎng)正向運(yùn)動(dòng)的能級(jí)，從而使正反向運(yùn)動(dòng)的電子數(shù)不等，使金屬導(dǎo)電。也就是說(shuō)，不是所有的電子都參與導(dǎo)電，而是只有處于較高能級(jí)的電子參與導(dǎo)電。202.電場(chǎng)對(duì)E-K關(guān)系曲線(xiàn)的影響外電場(chǎng)使向著其正向運(yùn)動(dòng)的電213.量子自由電子理論電阻的產(chǎn)生實(shí)際金屬內(nèi)部還存在著缺陷和雜質(zhì)，產(chǎn)生的靜態(tài)點(diǎn)陣畸變和熱振動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)點(diǎn)陣畸變，對(duì)電子波造成散射而形成電阻。而對(duì)于一個(gè)純的理想的完整晶體，0K時(shí)，電子波的傳播不受阻礙，形成無(wú)阻傳播，電阻為零，導(dǎo)致所謂的超導(dǎo)現(xiàn)象。離子在晶格點(diǎn)附近不斷的熱振動(dòng)，偏離了晶格格點(diǎn)，這種偏離引起晶格對(duì)電子的散射，稱(chēng)為晶格散射。213.量子自由電子理論電阻的產(chǎn)生實(shí)際金屬內(nèi)部還存在著缺陷和224.量子自由電子理論導(dǎo)出的電導(dǎo)率224.量子自由電子理論導(dǎo)出的電導(dǎo)率23根據(jù)能量按自由度均分原理，晶格振動(dòng)時(shí)的平均勢(shì)能與絕對(duì)溫度成正比，即有：容易想象溫度越高，x2越大振幅愈大，振動(dòng)愈激烈，因而對(duì)周期場(chǎng)擾動(dòng)愈甚，電子愈容易被散射，故有：散射幾率p與x2成正比，可得出：R∝ρ∝p∝x2∝T。即電阻R與絕對(duì)溫度T成正比。這樣就解決了經(jīng)典電子理論長(zhǎng)期得不到定量解釋的困難。23根據(jù)能量按自由度均分原理，晶格振動(dòng)時(shí)的平均勢(shì)能與絕對(duì)溫度245.量子自由電子理論的局限性此理論雖然較好地解釋了金屬導(dǎo)電的本質(zhì)，但它假定金屬中的離子所產(chǎn)生的勢(shì)場(chǎng)是均勻的，與實(shí)際情況有一定的差距。245.量子自由電子理論的局限性此理論雖然較好地解釋了金屬251.2.1.3能帶理論△單個(gè)原子的能級(jí)是分立的，當(dāng)固體中N個(gè)原子緊密排列時(shí)，外層電子就不再僅受原來(lái)所屬原子的作用，還要受到其他原子的作用,這使原來(lái)同一大小的能級(jí)彼此數(shù)值上就有小的差異。原子結(jié)合成晶體時(shí)，原子最外層的價(jià)電子受束縛最弱，它同時(shí)受到原來(lái)所屬原子和其他原子的共同作用，已很難區(qū)分究竟屬于哪個(gè)原子，實(shí)際上是被晶體中所有原子所共有，稱(chēng)為共有化。原子間距減小時(shí)，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。251.2.1.3能帶理論△單個(gè)原子的能級(jí)是分立的，26金屬晶格中原子很密集，能組成許多分子軌道，而且相鄰的分子軌道間的能量差別很小。上述分子軌道所形成的能帶，也可以看成是緊密堆積的金屬原子的電子能級(jí)發(fā)生的重疊，這種能帶是屬于整個(gè)金屬晶體的。每個(gè)能帶可包括許多相近的能級(jí)，因而每個(gè)能帶會(huì)包括相當(dāng)大的能量范圍。26金屬晶格中原子很密集，能組成許多分子軌道，而且相鄰的分子27同自由電子理論一樣，也認(rèn)為金屬中的價(jià)電子是公有化和能量是量子化的，所不同的是，它認(rèn)為金屬中由離子所造成的勢(shì)場(chǎng)不是均勻的，而是呈周期性變化的，能帶理論就是研究金屬中的價(jià)電子在周期勢(shì)場(chǎng)作用下的能量分布問(wèn)題的。

電子在周期勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，隨著位置的變化，它的能量也呈周期變化，即接近正離子時(shí)勢(shì)能降低，離開(kāi)時(shí)勢(shì)能增高。這樣價(jià)電子在金屬中的運(yùn)動(dòng)就不能看成是完全自由的。27同自由電子理論一樣，也認(rèn)為金屬中的價(jià)電子是公有化和能量是28由于周期場(chǎng)的影響，使得價(jià)電子在金屬中以不同能量狀態(tài)分布的能帶發(fā)生分裂，也就是說(shuō)，有些能態(tài)是電子不能取值的。2.能帶結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電機(jī)理28由于周期場(chǎng)的影響，使得價(jià)電子在金屬中以不同能量狀態(tài)分布的29由右圖可以看到：當(dāng)-K1<K<K1時(shí)，曲線(xiàn)按拋物線(xiàn)規(guī)律連續(xù)變化；當(dāng)K=K1時(shí)，只要波數(shù)稍微增大，能量便從A跳到B，存在能隙；同樣，當(dāng)K=K2時(shí)，也存在能隙。圖10-3周期場(chǎng)中電子運(yùn)動(dòng)的

E-K曲線(xiàn)及能帶由于周期場(chǎng)的影響，從而形成電子能夠占據(jù)的能量區(qū)域稱(chēng)為允帶；不允許電子占據(jù)的能量區(qū)域稱(chēng)為禁帶。允帶與禁帶相互交替，形成了材料的能帶結(jié)構(gòu)。禁帶寬窄取決于周期勢(shì)場(chǎng)的變化幅度，變化越大，則禁帶越寬。29由右圖可以看到：圖10-3周期場(chǎng)中電子運(yùn)動(dòng)的由于周期303.能帶理論的術(shù)語(yǔ)滿(mǎn)帶：允帶中所有的能級(jí)均被電子占據(jù)。

允帶:允許電子能量存在的能量范圍。

禁帶：禁止電子能量存在的能量范圍，即滿(mǎn)帶頂和導(dǎo)帶底之間的能量間隔叫做禁帶。

導(dǎo)帶：由未充滿(mǎn)電子的能級(jí)所形成的高能量能帶,即具有空能級(jí)的允帶。

導(dǎo)帶中的電子是自由的，在外電場(chǎng)作用下參與導(dǎo)電。303.能帶理論的術(shù)語(yǔ)滿(mǎn)帶：允帶中所有的能級(jí)均被電子占據(jù)。31圖10-44.導(dǎo)體、半導(dǎo)體與絕緣體的區(qū)別31圖10-44.導(dǎo)體、半導(dǎo)體與絕緣體的區(qū)別32（1）導(dǎo)體讓我們考慮一種具有圖10-5所示能帶結(jié)構(gòu)的金屬，這種能帶結(jié)構(gòu)可能相當(dāng)于鈉(Z=11)的能級(jí)。1s2s2p3s鈉(1s22s22p63s1)晶體能帶滿(mǎn)帶

半滿(mǎn)帶空帶3p圖10-5導(dǎo)體內(nèi)的能帶與1s、2s和2p原子能級(jí)對(duì)應(yīng)的能帶是完全填滿(mǎn)了，但3s能帶(每個(gè)能級(jí)只容納最多兩個(gè)電子)僅有一半被填充。在外界電場(chǎng)的作用下，價(jià)帶內(nèi)的最上面的電子在不違反不相容原理的情況下獲得一些額外的少許能量而到能帶內(nèi)附近許多空的狀態(tài)去，和無(wú)序的熱激發(fā)明顯不同的是受電場(chǎng)激發(fā)的電子在與電場(chǎng)相反的方向上獲得動(dòng)量，結(jié)果在晶體內(nèi)產(chǎn)生一種集體運(yùn)動(dòng)，從而構(gòu)成電流。32（1）導(dǎo)體讓我們考慮一種具有圖10-5所示能帶結(jié)構(gòu)的金屬33實(shí)際上由于最高能帶可能發(fā)生重疊，對(duì)大多數(shù)金屬或?qū)w而言最上層的能帶相重疊是很普通的情形。因此，我們得出結(jié)論：具有如圖10-5所示那樣能帶結(jié)構(gòu)的物質(zhì)應(yīng)為良導(dǎo)體，換句話(huà)說(shuō)，良導(dǎo)體(也稱(chēng)金屬)是那些最高能帶未被完全填滿(mǎn)或者允帶間沒(méi)有禁帶的固體。33實(shí)際上由于最高能帶可能發(fā)生重疊，對(duì)大多數(shù)金屬或?qū)w而言最34現(xiàn)在考慮這樣一種物質(zhì)，該物質(zhì)中的最高能帶即價(jià)帶是滿(mǎn)的，而且不與下一個(gè)全空的能帶重疊(見(jiàn)圖10-6）。由于價(jià)帶的所有狀態(tài)都被占有，電子的能量被”凍結(jié)”，即電子不可能改變它們?cè)谀軒е械臓顟B(tài)而違背不相容原理。激發(fā)一個(gè)電子的唯一可能性是把它轉(zhuǎn)移到空的導(dǎo)帶中；但這可能需要幾個(gè)電子伏特的能量，因此，一個(gè)外加的電場(chǎng)就無(wú)法使價(jià)帶中的電子加速，因而不能產(chǎn)生凈電流。所以這種物質(zhì)稱(chēng)為絕緣體。1s2s2p3s價(jià)

帶(滿(mǎn))導(dǎo)

帶(空)3p絕緣體能帶能

隙

較

大圖10-6絕緣體（2）絕緣體34現(xiàn)在考慮這樣一種物質(zhì)，該物質(zhì)中的最高能帶即價(jià)帶是滿(mǎn)的，而35以上同樣的能帶圖也適用于硅和鍺，但是在原子的平衡間距下價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的能隙要小得多(在硅中為1.1eV，在鍺中為0.7eV)，于是要將價(jià)帶中最上面的電子激發(fā)到導(dǎo)帶內(nèi)時(shí)就容易得多了。圖10-7中示出這種情況。圖10-7半導(dǎo)體內(nèi)的能帶（3）半導(dǎo)體35以上同樣的能帶圖也適用于硅和鍺，但是在原子的平衡間距下價(jià)36一、本征半導(dǎo)體1、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi（1）硅、鍺原子的結(jié)構(gòu)+4本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。36一、本征半導(dǎo)體1、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi（1）硅、37在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相鄰的原子之間形成共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)（1）硅、鍺原子的結(jié)構(gòu)37在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都38共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子（2）硅、鍺原子的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)38共價(jià)鍵共+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子（2）39共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱(chēng)為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4（2）硅、鍺原子的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)39共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱(chēng)為束縛電子，常40在絕對(duì)0度（T=0K）和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱(chēng)為空穴。（1）載流子、自由電子和空穴2、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理40在絕對(duì)0度（T=0K）和沒(méi)在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)41+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子可以認(rèn)為空穴是一種帶正電荷的粒子?？昭ㄟ\(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)是共有電子依次填補(bǔ)空位的運(yùn)動(dòng)。

（1）載流子、自由電子和空穴41+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子可以認(rèn)為空穴是一種帶42電子和空穴在外電場(chǎng)的作用下都將作定向運(yùn)動(dòng)，這種作定向運(yùn)動(dòng)電子和空穴（載流子）參與導(dǎo)電，形成本征半導(dǎo)體中的電流。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。（2）導(dǎo)電情況

+4+4+4+442電子和空穴在外電場(chǎng)的作用下都將作定向運(yùn)動(dòng)，這種作定向運(yùn)動(dòng)43當(dāng)溫度升高時(shí)，有更多的電子能夠跳到下一個(gè)能帶去。這有兩個(gè)結(jié)果：在上面的導(dǎo)帶中少數(shù)電子所起的作用和它們?cè)诮饘僦兴鸬淖饔孟嗤?；而價(jià)帶中留下的空態(tài)即空穴起著類(lèi)似的作用，不過(guò)它們好象是正的電子，因此，它們有來(lái)自導(dǎo)帶中的激發(fā)電子和來(lái)自?xún)r(jià)帶中的空穴的導(dǎo)電性；溫度升高時(shí)，由于有更多的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，所以電導(dǎo)率隨溫度而迅速增加。例如，在硅中，當(dāng)溫度從250K增加到450K時(shí)，激發(fā)電子的數(shù)目增加106倍。因此，半導(dǎo)體是這樣一些絕緣體，它們的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能隙約為1eV或更小，因而比較容易用加熱方法把電子從價(jià)帶中激發(fā)到導(dǎo)帶中。43當(dāng)溫度升高時(shí)，有更多的電子能夠跳到下一個(gè)能帶去。這有兩個(gè)44（3）本征半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)在外電場(chǎng)作用下，價(jià)帶中的電子可以逆電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)到這些空位上來(lái)，而本身留下新的空位?？瘴豁橂妶?chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，所以稱(chēng)此種導(dǎo)電為空穴導(dǎo)電?？昭ê孟褚粋€(gè)帶正電的電荷，因此空穴導(dǎo)電也是屬于電子電導(dǎo)的一種形式。圖10-8本征半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)44（3）本征半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)在外電場(chǎng)作用下，價(jià)帶中的電子可45①電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的------本征激發(fā)。電子和空穴也可以復(fù)合而消失。②本征半導(dǎo)體在外電場(chǎng)的作用下，形成兩種電流------空穴電流和電子電流，外電路的總電流等于兩種電流的代數(shù)和。③電子--空穴對(duì)的數(shù)目對(duì)溫度、光照十分敏感。④本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。（4）結(jié)論

溫度越高，載流子的濃度越高——本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。45①電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的------本征激發(fā)。（4）結(jié)46二、雜質(zhì)半導(dǎo)體實(shí)際上，晶體總是含有缺陷和雜質(zhì)的，半導(dǎo)體的許多特性是由所含的雜質(zhì)和缺陷決定的。在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱(chēng)為（空穴半導(dǎo)體）。N型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱(chēng)為（電子半導(dǎo)體）。在硅單晶中摻入十萬(wàn)分之一的硼原子，可使硅的導(dǎo)電能力增加一千倍。46二、雜質(zhì)半導(dǎo)體實(shí)際上，晶體總是含有缺陷和雜質(zhì)的，半導(dǎo)體的471、N型半導(dǎo)體磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱(chēng)為施主原子。+4+4+5+4多余電子磷原子在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代.471、N型半導(dǎo)體磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相48（1）由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。（2）本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。因?yàn)閾诫s濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱(chēng)為多數(shù)載流子（多子），空穴稱(chēng)為少數(shù)載流子（少子）。N型半導(dǎo)體中的載流子包括：++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體模型48（1）由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。（2）本49如果我們把若干施主原子磷或砷原子加進(jìn)硅或鍺中，則每有一個(gè)雜質(zhì)原子，就有一個(gè)額外電子。這些額外的電子(它們不能被容納在原來(lái)結(jié)晶體的價(jià)帶中)占有恰在導(dǎo)帶下方的某些分立的能級(jí)（施主能級(jí)），離導(dǎo)帶只差0.05ev,大約為硅的禁帶寬度的5%，因此它比滿(mǎn)帶中的電子容易激發(fā)的多(圖10-9a)。

圖10-9半導(dǎo)體中的能帶結(jié)構(gòu)

(a)施主，或n型N型半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)49如果我們把若干施主原子磷或砷原子加進(jìn)硅或鍺中，則每有一個(gè)50（1）在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素的原子（受主雜質(zhì)）而形成的半導(dǎo)體。（2）每一個(gè)三價(jià)元素的原子提供一個(gè)空穴作為載流子。+4+4+3+4空穴硼原子（3）P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。2、P型半導(dǎo)體（4）P型半導(dǎo)體的模型

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－50（1）在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素的原子（受主雜質(zhì)）而形成51如果我們把若干受主雜質(zhì)原子硼或鋁加進(jìn)硅或鍺中，這兩種原子都只貢獻(xiàn)3個(gè)電子。在這種情況下，雜質(zhì)引進(jìn)空的分立能級(jí)（空穴能級(jí)或受主能級(jí)）。這些能級(jí)的位置很靠近價(jià)帶頂，只差0.045ev，價(jià)帶中的電子激發(fā)到空穴能級(jí)上比越過(guò)整個(gè)禁帶（1.1ev）到導(dǎo)帶容易得多(圖10-9b)。價(jià)帶(滿(mǎn))導(dǎo)帶(空)能隙較小雜質(zhì)能級(jí)++++

圖10-9半導(dǎo)體中的能帶結(jié)構(gòu)

(b)受主，或p型P型半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)51如果我們把若干受主雜質(zhì)原子硼或鋁加進(jìn)硅或鍺中，這兩種原子52因此，容易把價(jià)帶中一些具有較高能量的電子激發(fā)到雜質(zhì)能級(jí)上。這個(gè)過(guò)程在價(jià)帶中產(chǎn)生空態(tài)即空穴。如前面所述，這些電子起著正電子的作用。這種雜質(zhì)原子叫做受主，這種半導(dǎo)體叫做p型半導(dǎo)體。為了使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率產(chǎn)生大的變化，對(duì)于每一百萬(wàn)個(gè)半導(dǎo)體原子，大約有一個(gè)雜質(zhì)原子就足夠了。半導(dǎo)體在工業(yè)上廣泛地用于制作整流器、調(diào)制器、探測(cè)器、光電管、晶體管和大規(guī)模集成電路等等。52因此，容易把價(jià)帶中一些具有較高能量的電子激發(fā)到雜質(zhì)能級(jí)上53（1）雜質(zhì)半導(dǎo)體就整體來(lái)說(shuō)還是呈電中性的。（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子雖然濃度不高，但對(duì)溫度、光照十分敏感。3.雜質(zhì)半導(dǎo)體說(shuō)明（3）雜質(zhì)半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子濃度比相同溫度下的本征半導(dǎo)體中載流子濃度小得多。53（1）雜質(zhì)半導(dǎo)體就整體來(lái)說(shuō)還是呈電中性的。3.雜質(zhì)半導(dǎo)體54＊PTC熱敏陶瓷簡(jiǎn)介我院“863”項(xiàng)目：“高性能PTC熱敏陶瓷的制備”研究的就是通過(guò)摻雜引入施主離子使得陶瓷具有半導(dǎo)體效應(yīng)。PTC熱敏陶瓷的主要特性是其在居里溫度附近，阻值發(fā)生幾個(gè)數(shù)量級(jí)（103-108）的突發(fā)性變化且熱敏陶瓷的介電常數(shù)在居里溫度附近發(fā)生相應(yīng)的突變，即迅速增大，在居里點(diǎn)以上又迅速減小，恢復(fù)常態(tài)值。54＊PTC熱敏陶瓷簡(jiǎn)介我院“863”項(xiàng)目：“高性能PTC熱55只有晶粒充分半導(dǎo)化，晶界具有適當(dāng)?shù)慕^緣性的BaTiO3陶瓷才具有顯著的PTC效應(yīng)。N型半導(dǎo)體BaTiO3的半導(dǎo)化通過(guò)添加微量的稀土元素，在其禁帶間形成雜質(zhì)能級(jí)，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)化：55只有晶粒充分半導(dǎo)化，晶界具有適當(dāng)?shù)慕^緣性的BaTiO3陶561、漂移電流載流子在電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)-------漂移運(yùn)動(dòng)形成的電流-------漂移電流2、

擴(kuò)散電流載流子由于濃度的不均勻而從濃度大的地方向濃度小的地方擴(kuò)散所形成的電流。四、漂移電流與擴(kuò)散電流

561、漂移電流四、漂移電流與擴(kuò)散電流571.2.2無(wú)機(jī)非金屬導(dǎo)電機(jī)理材料的導(dǎo)電性是由于物質(zhì)內(nèi)部存在的帶電粒子的移動(dòng)引起的。這些帶電粒子可以是正、負(fù)離子，也可以是電子或空穴，統(tǒng)稱(chēng)為載流子。載流子在外加電場(chǎng)作用下沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，就形成電流。可見(jiàn)，材料導(dǎo)電性的好壞，與物質(zhì)所含的載流子數(shù)目及其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。

載流子是電子或電子空位的電導(dǎo)稱(chēng)為電子式電導(dǎo)。載流子是離子或離子空位的稱(chēng)為離子式電導(dǎo)。571.2.2無(wú)機(jī)非金屬導(dǎo)電機(jī)理材料的導(dǎo)電性是由于物質(zhì)內(nèi)部58點(diǎn)陣節(jié)點(diǎn)位置上若缺少離子，就形成“空位”，離子空位容易接納臨近來(lái)的離子，而空位本身就移到鄰近位置上，在電場(chǎng)作用下，空位做定向運(yùn)動(dòng)引起電流。實(shí)際上空位移動(dòng)是離子“接力式”的運(yùn)動(dòng)，而不是某一離子連續(xù)不斷的運(yùn)動(dòng)，電子空穴的導(dǎo)電情況也是類(lèi)似。58點(diǎn)陣節(jié)點(diǎn)位置上若缺少離子，就形成“空位”，離子空位容易接591.2.2.1離子晶體的導(dǎo)電機(jī)理

離子電導(dǎo)的微觀(guān)機(jī)構(gòu)為載流子—離子的擴(kuò)散。圖10-10間隙離子的勢(shì)壘間隙離子處于間隙位置時(shí)，受周?chē)x子的作用，處于一定的平衡位置（稱(chēng)此為半穩(wěn)定位置）。如果他要從一個(gè)間隙位置躍入相鄰原子的間隙位置，需克服一個(gè)高度U0的勢(shì)壘。完成一次躍遷，又處于新的平衡位置（間隙位置）上。這種擴(kuò)散過(guò)程就構(gòu)成了宏觀(guān)的離子“遷移”。591.2.2.1離子晶體的導(dǎo)電機(jī)理離子電導(dǎo)的微觀(guān)機(jī)構(gòu)601.晶體的離子電導(dǎo)可分為兩大類(lèi)：（1）源于晶體點(diǎn)陣中基本離子的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為離子固有電導(dǎo)或本征電導(dǎo)。這種離子自身隨著熱振動(dòng)的加劇而離開(kāi)晶格振點(diǎn)，形成熱缺陷。熱缺陷弗侖克爾缺陷肖特基缺陷能量大的離子離開(kāi)平衡位置擠到晶格點(diǎn)的間隙中形成間隙原子，原來(lái)位置形成空位。正常格點(diǎn)上的原子獲得能量離開(kāi)平衡位置遷移到晶體表面，在晶體內(nèi)正常格點(diǎn)上留下空位。601.晶體的離子電導(dǎo)可分為兩大類(lèi)：（1）源于晶體點(diǎn)陣中61熱缺陷的濃度隨溫度的升高而增大，因此本征電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系為：As取決于可遷移的離子數(shù)，即離子從一個(gè)空位到另一個(gè)空位的距離以及有效的空位數(shù)目；Es與可遷移的離子從一個(gè)空位跳到另一個(gè)空位的難易程度有關(guān)，通常稱(chēng)為離子激活能。一般情況下本征離子電導(dǎo)率可以簡(jiǎn)化為：61熱缺陷的濃度隨溫度的升高而增大，因此本征電導(dǎo)率與溫度的關(guān)62（2）雜質(zhì)電導(dǎo)此類(lèi)電導(dǎo)是結(jié)合力較弱的離子運(yùn)動(dòng)造成的，這些離子主要是雜質(zhì)離子，故稱(chēng)為雜質(zhì)電導(dǎo)。置換雜質(zhì)原子間隙雜質(zhì)原子因雜質(zhì)離子的存在，不僅增加電流載體數(shù)量，而且使點(diǎn)陣發(fā)生畸變，雜質(zhì)離子離解活化能變小。62（2）雜質(zhì)電導(dǎo)此類(lèi)電導(dǎo)是結(jié)合力較弱的離子運(yùn)動(dòng)造成的，這些63低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要由雜質(zhì)載流子濃度決定。由雜質(zhì)引起的電導(dǎo)率可用下式表示：63低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要由雜質(zhì)載流子濃度決定。由雜質(zhì)引642.如果只有一種載流子，電導(dǎo)率可用單項(xiàng)式表示：寫(xiě)成對(duì)數(shù)形式為：以lnσ和1/T為坐標(biāo)，可繪得一直線(xiàn)，從直線(xiàn)斜率B可求出活化能：642.如果只有一種載流子，電導(dǎo)率可用單項(xiàng)式表示：寫(xiě)成對(duì)數(shù)65對(duì)于堿鹵晶體，電導(dǎo)率大多滿(mǎn)足二項(xiàng)公式：式中第一項(xiàng)由本征缺陷決定，第二項(xiàng)由雜質(zhì)決定。如果物質(zhì)存在多種載流子，其總電導(dǎo)率可表示為：65對(duì)于堿鹵晶體，電導(dǎo)率大多滿(mǎn)足二項(xiàng)公式：式中第一項(xiàng)由本征缺66例題66例題6767681.2.2.2玻璃的導(dǎo)電機(jī)理在含有堿金屬離子的玻璃中，基本上表現(xiàn)為離子電導(dǎo)。玻璃體的結(jié)構(gòu)比晶體疏松，成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，堿金屬離子在二氧化硅網(wǎng)絡(luò)中從一個(gè)間隙跳到另一個(gè)間隙，堿金屬離子能夠穿過(guò)大于其原子大小的距離而遷移，造成電流流動(dòng)，與離子晶體中的間隙離子導(dǎo)電類(lèi)似。681.2.2.2玻璃的導(dǎo)電機(jī)理在含有堿金屬離子的玻璃中，69玻璃的組成對(duì)玻璃的電阻影響很大，影響方式也很復(fù)雜。硼鉀鋰玻璃電導(dǎo)率與鋰、鉀含量的關(guān)系雙堿效應(yīng)：當(dāng)玻璃中堿金屬離子總濃度較大時(shí)，堿金屬離子總濃度相同的情況下，含兩種堿金屬離子的玻璃電導(dǎo)率要小。當(dāng)兩種堿金屬濃度比例適當(dāng)時(shí)，電導(dǎo)率可以降到很低。1.雙堿效應(yīng)69玻璃的組成對(duì)玻璃的電阻影響很大，影響方式也很復(fù)雜。硼鉀鋰70以K2O、Li2O為例說(shuō)明雙堿效應(yīng)的原因：RK+>RLi+，在外電場(chǎng)的作用下，堿金屬離子移動(dòng)時(shí)，Li+離子留下的空位比K+留下的空位小，K+只能通過(guò)本身的空位；Li+進(jìn)入大體積空位，產(chǎn)生應(yīng)力，不穩(wěn)定，只能進(jìn)入同種離子空位較為穩(wěn)定；大離子不能進(jìn)入小空位，使通路堵塞，妨礙小離子的運(yùn)動(dòng)；相互干擾的結(jié)果使電導(dǎo)率大大下降。70以K2O、Li2O為例說(shuō)明雙堿效應(yīng)的原因：71玻璃中SiO2被其它氧化物置換的效應(yīng)2.壓堿效應(yīng)：含堿玻璃中加入二價(jià)金屬氧化物，特別是重金屬氧化物，使玻璃的電導(dǎo)率降低。相應(yīng)的陽(yáng)離子半徑越大，這種效應(yīng)越強(qiáng)。原因：二價(jià)離子與玻璃中氧離子結(jié)合比較牢固，能嵌入玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，堵塞遷移通道，使堿金屬離子移動(dòng)困難，電導(dǎo)率降低。71玻璃中SiO2被其它氧化物置換的效應(yīng)2.壓堿效應(yīng)：含堿723.多晶多相材料的電導(dǎo)相組成：晶粒、晶界、玻璃相、氣孔、相組成的導(dǎo)電性：玻璃相、微晶相（缺陷多）電導(dǎo)率較高。氣孔電導(dǎo)率小，但是如果氣孔形成通道，環(huán)境中的水份、雜質(zhì)易進(jìn)入，對(duì)電導(dǎo)有影響。723.多晶多相材料的電導(dǎo)相組成：731.3超導(dǎo)體1911年荷蘭物理學(xué)家KamerlinghOnnes發(fā)現(xiàn)了汞冷卻到4K（液氦溫度）時(shí)具有零電阻。這種在一定的低溫條件下材料突然失去電阻的現(xiàn)象稱(chēng)為超導(dǎo)電性。超導(dǎo)體是等電位的，超導(dǎo)體內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng)（只有電流而沒(méi)有電阻）。兩個(gè)基本特征，三個(gè)性能指標(biāo)731.3超導(dǎo)體1911年荷蘭物理學(xué)家Kamerlingh741.3.1超導(dǎo)體的發(fā)展歷程超導(dǎo)體的發(fā)展主要在提高臨界溫度，已知有28種元素的單質(zhì)可呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，其中鈮的臨界溫度最高（9.13K),后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)許多合金可呈超導(dǎo)態(tài)，其中1977年發(fā)現(xiàn)的Nb3Ge,Tc高達(dá)23K，是其中最高Tc者。741.3.1超導(dǎo)體的發(fā)展歷程超導(dǎo)體的發(fā)展主要在提高臨界溫751986年4月IBM公司瑞士蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室的J.G.Bednorz和K.A.Mueller發(fā)現(xiàn)鑭鋇銅的復(fù)合氧化物在30K顯示超導(dǎo)性，激起超導(dǎo)熱。1987年2月，美國(guó)休斯頓大學(xué)的美籍華人朱經(jīng)武研制成功YBa3Cu3O7,其轉(zhuǎn)變溫度在90K，進(jìn)入了液氮溫度區(qū)，1988年研制出了轉(zhuǎn)變溫度為125K的新型超導(dǎo)材料Tl2Ca2Ba2Cu3O10.甚至還有達(dá)到140K報(bào)道。751986年4月IBM公司瑞士蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室的J.G.B761933年，Meissner發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)跟零電阻現(xiàn)象共存的超導(dǎo)體的全抗磁現(xiàn)象。若取一磁鐵放在超導(dǎo)體上方，磁鐵將神奇地懸浮其上方，這便是磁懸浮現(xiàn)象。761933年，Meissner發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)跟零電阻現(xiàn)象共存的771.3.2超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特征1.完全導(dǎo)電性2.完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）處于超導(dǎo)狀態(tài)的金屬，內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度始終為零。原來(lái)處于正常態(tài)的樣品變成超導(dǎo)體時(shí)，也會(huì)把原來(lái)的體內(nèi)磁場(chǎng)完全排出去。771.3.2超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特征1.完全導(dǎo)電性處于超導(dǎo)狀781.3.3超導(dǎo)體的3個(gè)指標(biāo)超導(dǎo)材料有三個(gè)關(guān)鍵的臨界值，即臨界溫度Tc、臨界電流密度Jc和臨界磁場(chǎng)Hc，這三個(gè)臨界值越高，超導(dǎo)體的實(shí)用價(jià)值越大。1.臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc：超導(dǎo)體溫度低于Tc時(shí)，便出現(xiàn)了完全導(dǎo)電和邁斯納效應(yīng)。超導(dǎo)體的臨界溫度越高越好，越有利于應(yīng)用。781.3.3超導(dǎo)體的3個(gè)指標(biāo)超導(dǎo)材料有三個(gè)關(guān)鍵的臨界值，79

2.臨界磁場(chǎng)Hc：當(dāng)T＜Tc時(shí)，將超導(dǎo)體放入磁場(chǎng)，如果磁場(chǎng)強(qiáng)度高于臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度，則磁力線(xiàn)穿入超導(dǎo)體，超導(dǎo)體被破壞而成為正常態(tài)，Hc隨溫度降低而增加。超導(dǎo)體的這個(gè)關(guān)系是拋物線(xiàn)：

臨界磁場(chǎng)就是能破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場(chǎng)，它與超導(dǎo)材料的性質(zhì)有關(guān)。792.臨界磁場(chǎng)Hc：當(dāng)T＜Tc時(shí)，將超導(dǎo)體放入磁場(chǎng)，803.臨界電流密度Jc：如果輸入電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)之和超過(guò)Hc，則超導(dǎo)態(tài)被破壞，這時(shí)輸入的電流為臨界電流Ic，相應(yīng)的電流密度稱(chēng)為臨界電流密度Jc。803.臨界電流密度Jc：如果輸入電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)之8181828283點(diǎn)陣畸變?cè)斐傻臍埩綦娮?3點(diǎn)陣畸變?cè)斐傻臍埩綦娮?4大多數(shù)金屬在熔化成液態(tài)時(shí)，其電阻率會(huì)突然增大約1-2倍。這是由于原子長(zhǎng)程排列被破壞，從而加強(qiáng)了對(duì)電子的散射所引起的。但如金屬銻、鉍、鎵等固態(tài)時(shí)為層狀結(jié)構(gòu)，主要為共價(jià)鍵型晶體結(jié)構(gòu)，在熔化時(shí)共價(jià)鍵被破壞，轉(zhuǎn)為以金屬鍵結(jié)合為主，導(dǎo)電電子數(shù)增加，故使電阻率下降。84大多數(shù)金屬在熔化成液態(tài)時(shí)，其電阻率會(huì)突然增大約1-2倍。85由于冷塑性變形使晶體點(diǎn)陣畸變和晶體缺陷增加，特別是空位濃度的增加，造成點(diǎn)陣電場(chǎng)的不均勻性而加劇對(duì)電磁波散射，從而造成電阻率加大。拉應(yīng)力使金屬原子間距增大，點(diǎn)陣動(dòng)畸變?cè)龃?，電阻率上升。反之下降?5由于冷塑性變形使晶體點(diǎn)陣畸變和晶體缺陷增加，特別是空位濃86

再結(jié)晶退火可以消除形變時(shí)造成的點(diǎn)陣畸變和晶體缺陷，從而使電阻恢復(fù)到變形前的水平。

淬火可以保留高溫時(shí)造成的點(diǎn)陣畸變和晶體缺陷，從而使金屬電阻率升高。86再結(jié)晶退火可以消除形變時(shí)造成的點(diǎn)陣畸變87其中：ξ為百分之一溶質(zhì)量比的附加電阻率。87其中：ξ為百分之一溶質(zhì)量比的附加電阻率。88馬基申定律指出，合金電阻有兩部分組成：1.溶劑的電阻，它隨著溫度升高而增大；2.溶質(zhì)引起的附加電阻，它與溫度無(wú)關(guān)，只與溶質(zhì)原子的濃度有關(guān)。88馬基申定律指出，合金電阻有兩部分組成：1.溶劑的電阻，它898990RXR1R2R4G90RXR1R2R4G919192929393949495959696979798第二節(jié)熱電效應(yīng)98第二節(jié)熱電效應(yīng)99991001001011011022.3.1對(duì)帕爾帖效應(yīng)的物理解釋是：電荷載體在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)形成電流。由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級(jí)，當(dāng)它從高能級(jí)向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便釋放出多余的能量；相反，從低能級(jí)向高能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從外界吸收能量。能量在兩材料的交界面處以熱的形式吸收或放出。

1022.3.1對(duì)帕爾帖效應(yīng)的物理解釋是：1032.3.2帕爾帖熱的測(cè)量先從一個(gè)方向通入電流，測(cè)的熱量QJ+Qp（放熱）。然后再?gòu)牧硗庖粋€(gè)方向通入電流，測(cè)的熱量為QJ-Qp（吸熱），二者只差就是2Qp，則可得出帕爾帖熱。1032.3.2帕爾帖熱的測(cè)量先從一個(gè)方向通入電流，測(cè)的熱104對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的電偶104對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的電偶1051051061909年開(kāi)始研究熱點(diǎn)轉(zhuǎn)換效率，目前熱點(diǎn)材料已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于加熱、制冷和發(fā)電等機(jī)制中。1061909年開(kāi)始研究熱點(diǎn)轉(zhuǎn)換效率，目前熱點(diǎn)材料已經(jīng)廣泛的107第三節(jié)、半導(dǎo)體導(dǎo)電的敏感效應(yīng)

半導(dǎo)體的導(dǎo)電性受到環(huán)境的影響很大，產(chǎn)生了一些半導(dǎo)體敏感效應(yīng)。熱敏效應(yīng)光敏效應(yīng)壓敏效應(yīng)磁敏效應(yīng)霍爾效應(yīng)磁阻效應(yīng)107第三節(jié)、半導(dǎo)體導(dǎo)電的敏感效應(yīng)

半導(dǎo)體的導(dǎo)電性受到環(huán)境的108熱敏變色油墨PTC熱敏電阻熱敏溫度計(jì)溫度補(bǔ)償器108熱敏變色油墨PTC熱敏電阻熱敏溫度計(jì)溫度補(bǔ)償器109

紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測(cè)、非接觸測(cè)量、人體病變探測(cè)、紅外光譜，紅外通信等國(guó)防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

可見(jiàn)光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)戶(hù)，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器”，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：

紫外光敏電阻器：對(duì)紫外線(xiàn)較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測(cè)紫外線(xiàn)。

109

紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦110避雷器壓敏電阻壓敏效應(yīng)壓力敏感電壓敏感110避雷器壓敏電阻壓敏效應(yīng)壓力敏感電壓敏感111如果磁場(chǎng)方向與導(dǎo)體中電流方向垂直，則在與磁場(chǎng)和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱(chēng)之為霍耳效應(yīng)?；舳?yīng)磁阻效應(yīng)+如果在電流垂直的方向施加磁場(chǎng)會(huì)使電流密度降低，電阻增大。111如果磁場(chǎng)方向與導(dǎo)體中電流方向垂霍耳效應(yīng)磁阻效應(yīng)+如果112霍爾傳感器如果把霍爾元件集成的開(kāi)關(guān)按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在物體上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)物體上的永磁體經(jīng)過(guò)它時(shí)，可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)列可以傳感出該運(yùn)動(dòng)物體的位移。若測(cè)出單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運(yùn)動(dòng)速度。

電子眼112霍爾傳感器如果把霍爾元件集成的開(kāi)關(guān)按預(yù)定位置有規(guī)律地布113其他敏感效應(yīng)氣敏電阻；光磁效應(yīng)；熱磁效應(yīng)；熱電效應(yīng)113其他敏感效應(yīng)氣敏電阻；光磁效應(yīng)；熱磁效應(yīng)；熱電效應(yīng)114第四節(jié)、介質(zhì)極化與介電性能介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生感應(yīng)電荷的現(xiàn)象，稱(chēng)為介質(zhì)的極化。這種材料叫電介質(zhì)。等量異號(hào)電荷相距一段距離，這個(gè)系統(tǒng)就稱(chēng)為電偶極子，電荷和位移的乘積稱(chēng)為這個(gè)系統(tǒng)的電偶極矩。10.4.1極化的概念114第四節(jié)、介質(zhì)極化與介電性能介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生感應(yīng)電荷115非極性粒子正負(fù)電荷中心重合，在外電場(chǎng)的作用下形成電偶極子。極性粒子本身具有一定的電偶極矩，在外電場(chǎng)的作用下定向排列。電介質(zhì)粒子分為極性和非極性?xún)深?lèi)115非極性粒子正負(fù)電荷中心重合，在外電場(chǎng)的作用下形成電偶極116真空－++++－－－E－++++－－－－++－－++－+－+－+－+－+－+－+－+－自由電荷+－偶極子束縛電荷(1)具有一系列偶極子和束縛電荷的極化現(xiàn)象10.4.1.1極化現(xiàn)象及其物理量116真空－++++－－－E－++++－－－－++－－+++117偶極子的產(chǎn)生有兩種基本形式：第一種：彈性的、瞬間完成的、不消耗能量的極化。包括：電子位移極化、離子位移極化。

2極化機(jī)制第二種：該極化與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)，其完成需要一定的時(shí)間,且是非彈性的，需要消耗一定的能量。

包括：松弛極化、取向極化、空間電荷極化117偶極子的產(chǎn)生有兩種基本形式：2極化機(jī)制第二種：該極化118118119119120（3）松弛極化松弛質(zhì)點(diǎn)：材料中存在著弱聯(lián)系的電子、離子和偶極子。松弛極化：松弛質(zhì)點(diǎn)由于熱運(yùn)動(dòng)使之分布混亂，電場(chǎng)力使之按電場(chǎng)規(guī)律分布，在一定溫度下發(fā)生極化松弛極化的特點(diǎn)：比位移極化移動(dòng)較大距離，移動(dòng)時(shí)需克服一定的勢(shì)壘，極化建立時(shí)間長(zhǎng)，需吸收一定的能量（10-2－10-9S

），是一種非可逆過(guò)程。120（3）松弛極化松弛質(zhì)點(diǎn)：材料中存在著弱聯(lián)系的電子、121電子松弛極化：材料中弱束縛電子在晶格熱振動(dòng)下，吸收一定能量由低級(jí)局部能級(jí)躍遷到較高能級(jí)處于激發(fā)態(tài)；處于激發(fā)態(tài)的電子連續(xù)地由一個(gè)陰離子結(jié)點(diǎn)移到另一個(gè)陰離子結(jié)點(diǎn)；電場(chǎng)使移動(dòng)具有方向性；極化建立時(shí)間為10-2－10-9s。電場(chǎng)頻率高于109Hz時(shí)，電子松弛極化就不存在。121電子松弛極化：122在玻璃態(tài)材料、結(jié)構(gòu)松散的離子晶體或晶體中的雜質(zhì)或缺陷區(qū)域，離子自身能量較高，易于活化遷移，稱(chēng)為弱聯(lián)系離子，此遷移為不可逆過(guò)程。極化建立時(shí)間為10-2~10-5s。當(dāng)頻率在106Hz以上時(shí)離子松弛極化對(duì)電極化強(qiáng)度就無(wú)貢獻(xiàn)。離子松弛極化率與溫度成反比，故溫度越高，熱運(yùn)動(dòng)對(duì)質(zhì)點(diǎn)的規(guī)則運(yùn)動(dòng)阻礙增