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南航材料学院 王寅岗 第五章 材料的电性质 随着生产和科学技术的发展，电子材料已广泛应用于 电子技术、传感技术、高温技术能源技术、自动控制和信 息处理等许多新兴领域。 在电学应用领域主要是包括半导体材料、电子功能 陶瓷材料等在内的无机电子材料，也有导电金属材料。 本章主要讲述常见电子材料的一些电性质，包括电 导、导电性、半导体性质以及超导性质。 1 南航材料学院 王寅岗 第五章 材料的电性质 材料的电导 金属与合金的导电性 半导体材料的性质 材料的超导电性 2 南航材料学院 王寅岗 5.1 材料的电导（1） 一、电导的物理现象 1、电导的主要参数 电介质并非理想绝缘体，在电场作用下均有一定的电流通过， 此即为电介质的电导。电介质的电导大小，一般用电阻率（ρ）或 电导率（σ）来表示。 （1 ）、电导率和电阻率 一个长L ，横截面S 的均匀导电体， 两端加电压V ，根据欧姆定律I=V/R。在形 状规则的均匀材料中，电流是均匀的，电 流密度J在各处是一样的，总电流I ＝SJ。 同时，电场强度也是均匀的，则V ＝LE。 因此，J=LE/(SR)=E/ ρ。 ρ＝R （S ／L ），为材料的电阻率。 电阻率的倒数称电导率，即σ＝1/ ρ，则上式可写为J ＝σE。 这就是欧姆定律的微分形式，它也适用于非均匀导体。此式说明 3 导体中某点的电流密度正比于该点的电场，比例系数为电导率σ。 南航材料学院 王寅岗 5.1 材料的电导（2） （2 ）、迁移率和电导率的一般表达式 电介质在电场作用下能产生电流是由于介质中存在能 自由迁移的带电质点（载流子）。载流子在电场作用下沿 电场方向运动（正电荷沿电场方向，负电荷沿电场反方 向），得到一宏观平均速度υ。设单位截面积为S ，在单 位体积内载流子数为n，每一载流子的电荷量为q，则单位 体积内参加导电的自由电荷量为nq。如果介质处在外电场 中，则作用于每一个载流子的力等于qE。在这个力的作用 下，每一载流子在E方向发生漂移其平均速度为υ。容易 看出，单位时间通过单位截面S的电荷量为J=nqv 。J 即为 电流密度。显然，J ＝I ／S 。根据E ＝V/L欧姆定律及R ＝ ρL ／S ，可得欧姆定律最一般的形式J ＝E/ ρ＝E σ。因 为ρ及σ只由材料的性质决定，所以电流密度J与几何因 子无关，这就给讨论电导的物理本质带来了方便。 4 南航材料学院 王寅岗 5.1 材料的电导（3） 电导率为 σ＝J ／E ＝nqv ／E 令μ＝v ／E，并定义其为载流子的迁移率，即载流子 在单位电场中的迁移速度。则有 σ＝nq μ 电导率的一般表达式为 σ σ n q μ ∑ ∑ i i i i