电介质及其介电特性电导.ppt

*W——分子的电离能，x为自由行程（2）电子碰撞电离效应自由电子获得足够能量后，与介质中粒子发生碰撞，碰撞电离产生新电子。一般发生在气体介质中。满足的条件：载流子的增殖过程第61页,共70页，星期六，2024年，5月*3.载流子的输运过程（?）单晶介质——常指金属与半导体散射——电子从一个稳态跃迁到另一个稳态声子——离子偏离格点的运动组成晶体中的格波，格波的能量是量子化的，格波的量子称为声子。实验证明：在金属与半导体单晶中，?随温度下降而增大，表明晶格振动对散射起主导作用。而散射是影响载流子输运的主要因素。3.1单晶介质的能带导电模型——扩展态迁移率载流子的输运过程第62页,共70页，星期六，2024年，5月*①晶体中共有化运动的电子在离子产生的周期性势场中运动。②离子偏离平衡位置使周期势场破坏，附加的偏离周期性势场可看为微扰，使电子跃迁，产生散射。载流子的输运过程第63页,共70页，星期六，2024年，5月*特点：1)平均自由程比原子间距离大得多，电子能量高。在半导体中产生碰撞电离。2)电介质晶体禁带很宽，导带窄，电子易受到带边散射，平均自由程很低，?小。3)杂质进入产生中间能级——晶体中的电子电导主要由杂质引起。③所以，电子——晶格相互作用，称为电子与声子相互作用。其本质为金属中电子和离子之间的电磁作用。可得电子迁移率：载流子的输运过程第64页,共70页，星期六，2024年，5月*3.2非晶态介质——局域态迁移率①绝缘材料大多由非晶体，或非晶与晶体相共存。②远程无序，近程有序。③电子迁移可通过热电子跃迁或隧道效应。载流子的输运过程第65页,共70页，星期六，2024年，5月*空间电荷——指局部空间出现的非平衡电荷或过剩电荷热阴极注入到真空中的电子空间电荷半导体PN结载流子耗尽区固体电介质中的空间电荷4.强场下的电流特性4.1陷阱态与空间电荷陷阱或俘获中心——能够俘获载流子形成空间电荷的局域态库仑吸引中心库仑中性中心库仑排斥中心强场下的电流特性第66页,共70页，星期六，2024年，5月*4.2空间电荷限制电流电极注入电流Ic,介质体内电流Ib。1）稳态Ic=Ib,；当Ic?Ib时，电流不连续，出现空间电荷。2）Ic?Ib，在阴极形成正空间电荷，加强阴极处场强，增加阴极注入电流。3）Ic?Ib，形成负空间电荷，削弱阴极表面的电场，使Ic降低，同时由于介质中电子空间电荷的存在，引起空间电荷限制电流Is，使Ic=Ib+Is平衡形成原因：介质中因结构缺陷或杂质形成大量陷阱态。陷阱态测量方法：TSC（电介质），少子寿命（半导体）强场下的电流特性第67页,共70页，星期六，2024年，5月*4.3晶界势垒控制电流多晶介质晶粒与晶界组合——ZnOZnO晶粒晶界层强场下的电流特性第68页,共70页，星期六，2024年，5月*(1)晶粒内为导带的扩展态电导；晶界处为局域态跃迁，迁移率很小。(2)晶界存在高势垒，介质电导由势垒控制，产生场助热电子发射。电场很高时，发生隧道效应，电导增加，介质电导由晶界控制过度为晶粒控制。所有晶粒均匀分布，晶界同时过度，介质体内可均匀通过大电流而不破坏。若使低势垒晶界变为高势垒，则由晶粒控制转变为晶界控制。介质由低阻变为高阻状态。强场下的电流特性第69页,共70页，星期六，2024年，5月*感谢大家观看第70页,共70页，星期六，2024年，5月*强场电导的基本特征：电介质的强场电导载流子主要是电子电导非欧姆性具有非线性伏安特性第29页,共70页，星期六，2024年，5月*物理性质典型的半导体如硅、锗等典型的绝缘体如NaCl、聚合物等禁带Eg(eV)0.8～1.2≥5.0本征载流子浓度(m-3)T=300K2.8×1012T=300KT=500K10-181载流子迁移率(m2V-1s-1)10-4～1≤10-8本征电导率(Ω·m)-14.5×