材料的电导性-能.ppt

4 材料的电导性能;4.1 电导的物理现象;电学知识的基本概念复习;;微分式说明导体中某点的电流密度（单位时间内通过单位面积的电荷）正比于该点的电场强度,比例系数为电导率σ。 电导率即单位电场强度下，单位时间内通过单位面积的电荷。 电场强度E－伏特/厘米; 电流密度J－安培/厘米2; 电阻率ρ－欧姆.厘米; 电导率σ－西门子.厘米-1;电阻率（电导率）是材料的固有性能 导体、半导体和绝缘体 注意：不同的手册，划分范围不尽相同。;电流是电荷在空间的定向运动。 任何一种物质，只要存在带电荷的自由粒子——载流子，就可以在电场下产生导电电流。 金属中： 自由电子 无机材料中： 电子（负电子/空穴）——电子电导 离子（正、负离子/空穴）——离子电导 ;(2)迁移率和电导率的一般表达式 物体的导电现象，其微观本质是载流子在电场作用下的定向迁移。;题： 一电子电导材料载流子是电子，载流子密度即单位体积的电子数为 n=1.0×1018cm-3, 在两端加一E=10v.cm-1的电场强度，若电子的运动速度为n=1.0×104cm.s-1，求： 单位时间内通过单位横截面积的电荷数J； 已知电子的运动速度和电场强度成正比，定义载流子的迁移率m为单位电场下，载流子的运动速度，求迁移率m ； 单位电场下，单位时间内通过单位横截面积的电荷数，即电导率s ； 根据载流子密度和载流子迁移率，求电导率 。 解: (1) J=nqn =1.0×1018cm-3×1.6×10-19C×1.0×104cm.s-1 =1.6×103C. cm-2.s-1= 1.6×103A. cm-2 (2) m = n/E =1.0×104cm.s-1/(10v.cm-1)=1.0×103cm-2. v-1.s-1 (3) s=J/E = 1.6×103A. cm-2 /(10v.cm-1) =160A.v-1. cm-1 =160S. cm-1 　　(4)　s=J/E=nqn/E=nq m =1.0×1018cm-3×1.6×10-19C× 1.0×103cm-2. v-1.s-1 = 160A.v-1. cm-1=160S. cm-1;(2)迁移率和电导率的关系;电子电导的特征是具有霍尔效应。 沿试样x轴方向通入电流I(电流密度Jx),z轴方向上加一磁场Hz,那么在y轴方向上将产生一电场Ey,这种现象称霍尔效应。 ?; Ey产生的电场强度,霍尔系数（又称霍尔常数）RH 霍尔效应的起源： 源于磁场中运动电荷所产生的??仑兹力，导致载流子在磁场中产生洛仑兹偏转。该力所作用的方向既与电荷运动的方向垂直，也与磁场方向垂直。; 霍尔系数RH=μ.ρ，即霍尔常数等于材料的电阻率ρ与电子迁移率μ的乘积。 霍尔系数RH有如下表达式： 对于半导体材料： n型： p型：;离子电导的特征是具有电解效应。 利用电解效应可以检验 材料是否存在离子导电 可以判定载流子是正离子还是负离子 ;4.2 离子电导 ;固有电导(本征电导)中，载流子由晶体本身的热缺陷提供。;低温下：kTE，故N较低。只有在高温下，热缺陷的浓度才明显增大，因此， 本征电导在高温下才会显著地增大。;（2）杂质电导的载流子浓度 杂质电导（extrinsic conduction）的载流子浓度决定于杂质的数量和种类。由于杂质的存在，不仅增加了载流子数，而且使点阵发生畸变，使得离子离解能变小。在低温下，离子晶体的电导主要是杂质电导。;4.2.2 离子迁移率 离子电导的微观机构为载流子 ─ 离子的扩散。间隙离子处于间隙位置时，受周边离子的作用，处于一定的平衡位置(半稳定位置)。如要从一个间隙位置跃入相邻间隙位置，需克服高度为U0的势垒完成一次跃迁，又处于新的平衡位置上。这种扩散过程就构成了宏观的离子“迁移”。 由于U0相当大，远大于一般的电场能，即在一般的电场强度下，间隙离子单从电场中获得的能量不足以克服势垒进行跃迁，因而热运动能是间隙离子迁移所需能量的主要来源。;漫惋淳年政慢缝酉族蚤懂制遂蹬忘须脚寄桩贡古诌瞻马绚离硒美袄稻帆柄材料的电导性能材料的电导性能;加上电场后，由于电场力的作用，使得晶体中间隙离子的势垒不再对称。正离子顺电场方向，“迁移”容易，反电场方向“迁移”困难。;4.2.3 离子电导率 (1)离子电导率的一般表达方式 σ=nqμ 如果本征电导主要由肖特基缺陷引起，其本征电导率为： Ws－可