材料科学基础III v研究生课件.ppt

Section Ⅲ Structure-Property Relationship ~ ? 晶体结构 -- 性质：量子物理--固体物理 量子化学--固体化学 ~nm 纳米结构 --性能： “变色龙” ~μm显微结构 --性能：连续介质理论 Chap.7 晶体结构—性质关系 1.结构-电子输运性质 金属 半导体 绝缘体 电导率： 106S/m 106 ~10-8S /m 10 -8S /m 化学键： 金属键 公价键 离子键 材料种类： 金属材料 无机非金属 1.能带模型（Energy Band Model a.化学角度 Li 1s 2s b.物理角度 自由电子 3) 金属、半导体、绝缘体能带 金属 4) 半导体（最重要的Si 、Ge) a.非氧化物 (Eg~2eV) Eg(Ⅲ- Ⅴ)Eg(Ⅴ) Ⅲ Ⅳ Ⅴ B C N Ⅲ Ⅴ GaAs,InSb,GaP Al Si P Ⅱ Ⅵ GdTe Ga Ge As Se Ⅳ Ⅳ SiC,SiGe In Sn Sb Te Ⅴ Ⅵ Bi2Te2 Tl Pb Bi Po Ⅳ Ⅵ PbTe2 2.结构-性质运算问题 寻找新材料 什么是计算材料学 对实验结果给出明确的解释 模拟试验过程 设计新材料 材料的多层次，多尺度特性 计算材料科学的多层次特征 电子尺度计算 原子-分子尺度计算 Chap.8 结构—性能关系 方法： （1） 经验方法 ： 混合法则 （2） 理论方法 ： 物理方法 力学方法 数值方法 (3) 多颗粒问题 所有颗粒的总和 二体相互作用 三体相互作用 (4)近似解方法 P0的选择： P0 ~ 相当 Ⅰ P0=Pm ----- 平均t-矩阵近似（ATA) Ⅱ P0= ----- 耦合势近似（CPA） * 薛定鄂（Schodinger) 在第一布里渊区内是连续的，在边界处 会产生跳跃 E 导带 能隙 价带 实 空 间 有部分充填的能带 两个能带有部分重叠（10%--90%） 绝缘体 半导体 Eg2eV Eg2eV 能隙： Eg 共价键 Eg小 离子键 Eg大 二元化合物 ： Eg= 阴离子（原子）价电子数 — 阳离子（原子）价电子数 阴离子（原子）原子序数 + 阳离子（原子）原子序数 * C 经验常数，一般取43 GaAs=2*43/64=1.34eV 实际结果 Eg=1.4eV b.氧化物半导体 氧化物离子键较强 Eg2eV，大多数为绝缘体 过渡金属氧化物 ZnO1+x MnO1-x NiO1+x FeO1-x (有缺陷后 Eg下降） c.半导体掺杂 Ec Ef(Fermi能级） 引入额外的能级 Ev 杂质能级靠近导带的底部 Eg=Ec-Ed 施主能级（donor) Si B Eg=0.01eV n∝exp(-Ed/RT) Ed Ea 受主能级（Acceptor） P型半导体 Si P 对氧化物： eg. Ni1-xO---------------P型 ? O2 VNi+Oo VNi