电子功能材料与元器件习题答案讲述.doc

第一章作业 1．形状记忆合金为什么具有形状记忆的功能？ 答：马氏体相变过程如右图。 将形状记忆合金从高温母相（a）冷却，在低于室温附近的某一温度时，母相（a）变为马氏体相（b），这时的马氏体是由晶体结构相同，结晶方向不同的复数同系晶体构成，同母相相比，各同系晶体都发生了微小变形，但形成同系晶体时避免相互之间形变，从而保证在外形上没有改变。马氏体相中的A面和B面在足够小的力下即能移位，所以马氏体相材料柔软，易变形，在外力作用下，马氏体向着外力择优的方向变形为变形马氏体相（c）。此材料在加温时，又能返回母相（a），从而恢复形状，马氏体相（b）在温度高于一定程度逆相变点Af时也能返回高温母相。 一般来说，高温母相只有温度冷却到马氏体相变温度Ms以下时，才开始向马氏体相转变，但在外力作用下，即使温度高于逆相变点（Af），也能形成马氏体相，但此时仅能形成择优方向的变形马氏体，由于在温度高于（Af）时，马氏体相能量不稳定，除去电荷后立即能恢复到母相（a）。 综上可知，形状记忆合金具有形状记忆功能。 2．分析说明温度变化对高纯的Cu，Si及(Cu-Al-Ti-Ni)形状记忆合金电阻率（ρ）的影响 1）Cu(金属)：温度升高散射作用增大，电阻率（ρ）升高；温度下降散射作用减小，电阻率（ρ）下降； 2）Si（半导体）：温度升高晶格散射加剧会使μn减小，但激发产生的载流子增多，使ρ减小占优势，从而使宏观电阻率ρ减小，使Si呈现负温度特性。 3）(Cu-Al-Ti-Ni)形状记忆合金： ①.母相立方晶体，晶格畸变小，散射作用弱，ρ小，马氏体相为斜方晶体，晶格畸变大，散射作用大，ρ大。 ②相变过程中，混合相看哪相比例大。 ③温度升高，散射作用大，ρ增大；温度下降，散射作用小，ρ减小； ④实线（降温过程）：母相（高温）→ Ms: T减小，ρ减小；Ms → Mf:立方→斜方变化，T减小，ρ增大；Mf→ 马氏体：T减小，ρ减小 虚线（升温过程）：马氏体→As: T升高，ρ增大。As→ Af:斜方→ 立方变化，T升高，ρ减小； Af →母相：T升高，ρ升高 特征：1）零电阻效应（TTc，R→0） 2）迈斯纳效应（TTc，B=0） 3）临界磁场效应（TTc，HHc超导态破坏） 4）临界电流效应（TTc，IIc超导态破坏） “零电阻”：1）TTc，R→0（比常导体的剩余电阻小得多） 2）对直流而言 3）TTc，R突变为0 并讨论超导体中常导电子和超导电子的关系如何？ 要点：1）具有相同速度方向相反的电子在点阵阳离子作用下可结成库伯对——超流粒子。 2）电子按费米球分布，能量低的在费米球内形成常导电子，能量高的在费米面附近。 3）常导电子和超导电子可以温度而相互转化TTc，全部为常导电子。 关系：TTc，形成的库伯对随T降低而增多，T≈0K时，全部形成库伯对。 P.18 影响其禁带宽度的因素：有效质量和势阱宽度。 7.分析设计应变超晶格材料时，影响其晶格常数和禁带宽度的因素及相互关系 p.19 8.电介质中通常会产生那几种极化方式，简要说明。 p.24 9.分析外电场对晶界势垒及材料的宏观电导率的影响。 p.32 10.在实际应用中，如何来调整半导体陶瓷材料的电阻呢？ p.32 11.分析石英晶体各个轴向产生压电效应的机理。 第二章作业 1.MO晶体中，常见的点缺陷有哪些？并说明电离缺陷的电学性质及成因 常见点缺陷种类：施主：Mi,Vx,FM(高价替代) 受主：VM，FM,(高价替代) Xi 难生成 成因： 1）具有弗朗克（FrenKel）缺陷的整比化合物 2）反弗朗克缺陷的整比化合物 3）肖特基（Schottky）缺陷 4）反肖特基缺陷 5）反结构缺陷 6）非整比化合物M1-yX（产生VM） 7）Vx空位的产生：MX1-y 8）非整比化合物M1+yX（Mi产生） 9）产生Xi缺陷MX1+y 2.写出处理金属氧化物（MO）晶体中缺陷平衡问题的方法步骤；若真空热处理的MO中主要缺陷为间隙金属原子（M (i)），且为全电离状态，试推导其电导率与氧分压（PO2）的关系式 方法：1）根据所给工艺条件，写出产生的主要缺陷反应式； 2）写出相应质量作用定律表达式； 3）写出简化的电中性条件； 4）利用 PO2关系。 （1） 电中性方程： （2） （2）代入（1）有： （3） （5） 占优： 质量作用定律： （1） 电中性