材料科学基础 第12章.doc

第十二章 电学性质 一、学习目的 在部件或者结构的设计过程中，材料电学性质的考虑对确定要选择的材料以及加工工艺十分重要。不同材料的电学性质差异很大。一些材料需要具有极高的电导率（如连接导线），而另一些材料则需要具有电绝缘性（如保护性的密封包装）。 二、本章的主要内容 1．描述固体材料中4种可能的电子能带结构。 2．简要描述产生自由电子和空穴的电子激发过程：(a)金属；(b)半导体（本征和杂质情况）；(c) 绝缘体。 3．给定电荷的载流子浓度和迁移率， 计算金属、半导体(本征和杂质情况)以及绝缘体的电导率。 4．给出本征半导体和杂质半导体材料的区别。 5．陈述电导率随温度的增加而变化的方式：(a)金属；(b)半导体；(c)绝缘体。 6．对于p-n结，根据其子与空穴的运动来解释其整流过程 。 7．计算平行板电容器的电容。 8．根据电容率来定义介电常数。 9．简要解释平板间介电材料的插入与极化是怎样增强电容器的电荷存贮能力的。 10．定义和描述三种类型的极化。 三、重要术语和概念 Acceptor state: 受主态 When impurity atoms with a valence of 3 is added as a substitutional impurity into silicon crystal, one of the covalent bonds around each of these atoms is deficient in an electron; such a deficiency may be viewed as a hole that is weakly bound to the impurity atom. Each impurity atom of this type introduces an energy level within the band gap, above yet very close to the top of the valence band which is termed acceptor state. 当具有3个价电子的杂质原子取代掺杂到硅晶体中后，这些原子中的一个共价键会缺失一个电子，这种缺陷可以认为是一个空穴微弱的束缚在杂质原子上，每个这种类型的缺陷都会在带隙内部引入一个能级，它十分接近价带的顶端，也被称为受主态。 Conduction band: 导带 In band structures, one band that is empty with electrons is termed conduction band. 在能带结构中，未填充电子的带称为导带。 Conductivity, electrical：电导率 Electrical conductivity σ is the reciprocal of the resistivity, or σ=1/ρ and is indicative of the ease with which a material is capable of conducting an electric current. 电导率σ是电阻率的倒数，或者σ=1/ρ，它意味着材料传导电流的难易。 Donor state: 施主态 When an impurity atom with a valence of 5 is added as a substitutional impurity into silicon crystal, only 4 of 5 valence electrons of this impurity atom can participate in the bonding and the extra nonbonding electron is loosely bound to the region around the impurity atom. For each of such loosely bond electrons, there exists a single energy level, or energy state, which is located within the forbidden band gap just below the bottom of the conduction band and termed donor state. 当具有5个价电子的杂质原子取代掺杂到硅晶体中，这个杂质原子只有4个价电子参与成键，而额外那个价电子只是松散的束缚在杂质原子的周围。对于每一个这样松散成键的电子来说，其在禁带的内部相邻导带的位置将形成一个能级或者能态，也被称为施主态。