物性讲义(电学1)-导体-半导体-绝缘体幻灯片.ppt

击穿场强——电介质所能承受的不被击穿的最大场强。 击穿电压——电介质（或电容器）击穿时两极板的电压。 1. 电介质的击穿 一般外电场不太强时，电介质只被极化，不影响其绝缘性能。当其处在很强的外电场中时，电介质分子的正负电荷中心被拉开，甚至脱离约束而成为自由电荷，电介质变为导电材料。当施加在电介质上的电压增大到一定值时，使电介质失去绝缘性的现象称为击穿(breakdown)。 （4） 电介质的击穿 2.击穿形式 1）电击穿 是一电过程，仅有电子参与。 过程：强电场作用下，少数能量高的“自由电子”，沿反电场方向运动，形成电流（漏电流），其运动过程中不断碰撞介质内的离子，并将其部分能量传递给离子。当外电压足够高时， “自由电子”速度超过某一临界值，就使被撞击的离子电离出一些新电子，即成为“次级电子”，原自由电子与次级电子又从电场中获得能量而加速，又撞击出三级电子，这样连锁反应，造成大量自由电子，形成“电子潮”，使贯串介质的电流迅速增大，导致介质击穿。这一过程仅需10-7～10-8 s，因此电击穿往往是瞬间的。 2）热击穿 绝缘材料在电场作用下出现各种消耗，部分电能转换为热能，外电压足够高时，产生的热量大于散发热量，温度升高，产生热量进一步增加，这样恶性循环，使材料不断升温，超过一定限度，介质被烧裂，熔融等，丧失绝缘能力，称介质的“热击穿”。 3）化学击穿 长期运行在高温、潮湿、高压或腐蚀性气体环境中的绝缘材料，内部发生电解、腐蚀、氧化、还原、气孔中气体电离等不可逆的化学过程，经一定时间，材料老化，丧失绝缘性能，导致击穿。如氧化物还原出金属离子。 复习 1. 电介质的损耗来源？ 2. 介质极化的类型 3. 本征半导体的电性能 4. P型半导体和N型半导体 5. PN结 6. 电介质的击穿形式有那些 接物性讲义（电学2） * 2、掺杂3价元素如Fe等 属于受主掺杂（微量替代Ti），杂质提供带隙中空的能级，电子由价带激发到受主能级要比激发到导带容易的多。主要含有受主杂质的半导体，因价带中的一些电子被激发到施主能级，而在价带中产生许多空穴，主要依靠这些空穴导电---P性半导体。 Eg=0.2~1.4 eV 五、纳米TiO2半导体的半导化机制及实验论证结果（STM/ STS技术） Eg=3.2 eV，纳米二氧化钛半导体 掺杂Ce的纳米TiO2半导体 同时掺杂Ce和Ag的纳米TiO2半导体 六、半导体随温度的升高导电率升高举例 最为常见的为NTC热敏材料（以BaFexSn1-xO3为例）。 电阻率ρ＞109 绝缘材料主要用途：绝缘、介电（电容器） 主要性能指标：极化、介电常数、耐电压强度(或者击穿电压）、损耗因数、电阻率 例如：微波电容器、压电铁电器件等。 1.4 绝缘体的电学性能 一、电介质的极化 1.极化 介质在电场作用下，其内部的束缚电荷发生弹性位移和偶极子定向取向，从而产生表面感应电荷的现象。（图示） 2.电介质 在电场中可产生极化的材料。多是优良的绝缘材料，故二者常通用。 - + - - - - - - + + + + + + + - 3.组成电介质的粒子（原子、分子或离子)可分为：极性和非极性两类。 1）非极性电介质粒子（中性电介质）：结构对称的中性分子构成。 无外电场作用下，正负电荷中心重合，对外不显示极性。 有外电场作用时，正电荷沿E方向移动，形成电偶极子，定义电偶极矩 P=qd（d是矢量，规定其方向从负电荷指向正电荷）。 材料被极化后，所有电偶极子方向都沿外E方向，电介质表面出现正负束缚电荷（类似P89图2.51b）。E越强，P越大，表面束缚电荷越多。E消失，P＝0，束缚电荷消失。 2）极性电介质（偶极电介质）：极性分子或离子型电介质。 无外加电场时，每个分子都有一定的电偶极矩，但由于分子热运动，P的排列杂乱无章，对外不显示极性。在E中，在电力矩作用下，使各电偶极矩有转向外E的趋势，电介质表面出现的束缚电荷越多，极化程度越高。 二、极化类型 弹性位移极化 （瞬时极化） 取向极化 （弛豫极化） 电子位移极化（Electronic Polarizability） Response is fast, Response is fast, τ is small 离子位移极化（Ionic Polarizability） Response is slower 偶极子取向极化（Dipolar Polarizability） Response is still slower 空间电荷极化(Space Charge Polarizability)