第4章材料电学性能(材料科学基础).pptVIP

4-3 材料的电学性能(electrical property);4-3-1 电导率(electrical conductivity)和电阻率 1 、电阻率： 　　体积电阻：Ｒv＝ ?V h／Ｓ 　　h：板状样品厚度，m 　　Ｓ：板状样品的电极面积，m２ 　　体积电阻率 ?V , 单位为Ω·m 　　?V是描写材料电阻性能的参数，它只与材料有关 　 　　表面电阻：Ｒs＝ ?ＳＬ／b 　　Ｌ：电极间的距离 　　b：电极的长度 　　表面电阻率 ?S , 单位为Ω 　　?S不反映材料的性质，它决定于样品表面状态 　　根据电流 I = IV + IS (其中，IV为体积电流；IS为表面电流)得出 总电阻与体积电阻和表面电阻之间的关系： 　　１／Ｒ＝１／ＲＶ＋１／ＲＳ;2、 电导率(electrical conductivity) (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）-1 R = ?L/S = L/σS ⑵根据电导率对材料的分类; 各种材料在室温的电导率;（３）　决定电导率的基本参数 parameters 电导率与两个基本参数相关，即载流子密度和载流子迁移率 载流子 charge carrier—— 电子、空穴、正离子、负离子 载流子数 charge carrier density----n, 个/m3 载流子迁移率 electron mobility ( 其物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度) 即：μ=ν/E 单位为m2/(v.s) 电流密度 （单位时间（1s）通过单位截面积的电荷量） J＝nqv n：单位体积内的载流子数；q：每一载流子的荷电量； v：每一载流子在Ｅ方向发生漂移的平均速度（m/s） 电导率 σ= J/E = nqv／E = nqμ ;　qi是第i种载流子的荷电量，负电子、正空穴、正负离子都可以是诱导电流的载流子。 　该式反映电导率σ的微观本质，即宏观电导率σ与微观载流子的浓度n，每一种载流子的电荷量q以及每种载流子的迁移率μ的关系。;4-3-2 材料的结构与导电性 Structures and Conductivity;导体（半满带）;（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。;（2）绝缘体 insulator;（3）半导体 Semiconductors 本征半导体 Intrinsic semiconductors;载流子：自由电子， 负电荷 空穴，hole， 正电荷;杂质半导体 extrinsic semiconductor;p型半导体 p-TYPE EXTRINSIC SEMICONDUCTION 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;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