《电畴结构》课件.ppt

**********************电畴结构电畴结构是材料内部的区域，具有均匀的极化方向。在铁电材料中，电畴结构是重要的微观结构，影响材料的电学和机械性能。课程内容介绍电畴结构概述本课程主要探讨电畴结构的概念、特征和应用。从电畴的基本理论到实际应用，逐步深入学习。关键理论介绍我们将深入研究能带理论、半导体材料、pn结原理以及相关应用，为理解电畴结构打下坚实基础。什么是电畴晶体结构电畴是晶体材料内部的一种特殊区域，它是由晶体结构中的偶极矩排列一致形成的。电偶极矩每个晶体结构单元都包含正负电荷，这些电荷之间的距离形成一个微小的电偶极矩。电畴排列电畴内，所有的电偶极矩都指向同一方向，形成一个统一的电场。电畴的基本特征极化方向电畴内部的偶极矩方向一致，形成一个统一的极化方向。内部电场电畴内部存在一个稳定的自发极化电场，指向极化方向。畴壁相邻电畴之间存在一个过渡区域，称为畴壁，电场和极化方向发生变化。晶体结构电畴的存在与材料的晶体结构密切相关，晶体结构决定了电畴的形状和方向。电畴的边界电畴的边界是相邻电畴之间的分界线，称为畴壁。畴壁处存在电场强度梯度，导致电荷积累和极化方向变化。电畴理论的发展历程1现代电畴理论建立了电畴的基本概念2早期电畴模型解释铁电材料的极化现象3朗之万理论解释了电介质的极化现象电畴理论的发展是与铁电材料的发现和研究密切相关的。早期电畴模型的建立是基于对铁电材料的实验现象的解释。朗之万理论是电畴理论的重要基础。导体、半导体和绝缘体导体导体中的电子可以自由移动，因此可以轻松地导电。半导体半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，其导电能力可以受到温度、杂质和其他因素的影响。绝缘体绝缘体中的电子无法自由移动，因此很难导电。绝缘体通常用于阻止电流流动。能带理论能带理论解释了固体中电子的能级分布，影响着导电性。它解释了金属、半导体和绝缘体的导电性能差异，并为设计半导体器件提供了理论基础。电子的能态分布电子占据不同的能级，构成能态分布。每个能级对应一个能量值。本征半导体1纯净晶体本征半导体材料是由同一种元素组成的纯净晶体，例如硅和锗。这些材料在绝对零度下是绝缘体，但在室温下具有微弱的导电性。2电子空穴对由于热能的作用，晶体中的电子可以从价带跃迁到导带，在价带留下空穴。电子和空穴形成电子空穴对，共同参与导电过程。3载流子浓度本征半导体中，电子和空穴的浓度相等，称为本征载流子浓度，它受到温度的影响。温度越高，本征载流子浓度越高。掺杂半导体N型半导体在纯净的硅或锗中加入五价元素，如磷、砷或锑，形成N型半导体。五价元素的原子具有五个价电子，其中四个与硅原子形成共价键，剩余的一个电子成为自由电子。P型半导体在纯净的硅或锗中加入三价元素，如硼、铝或镓，形成P型半导体。三价元素的原子具有三个价电子，与硅原子形成共价键后，缺少一个电子，形成空穴。半导体的载流子电子电子是带负电荷的粒子，可以在半导体材料中自由移动，形成电流。空穴空穴是由电子离开其原来位置后形成的带正电荷的空位，它们也能够在半导体材料中移动，形成电流。载流子浓度半导体中电子和空穴的浓度决定了它的导电性能。载流子寿命载流子的寿命是指载流子从产生到复合的时间，它影响了半导体的导电性能。pn结的形成两种掺杂类型的半导体一种是P型半导体，另一种是N型半导体。P型和N型半导体接触当它们接触时，由于载流子的扩散，会在界面处形成一个过渡区。空间电荷区在过渡区中，自由电子和空穴消失，形成一个空间电荷区，也称为耗尽层。内建电场空间电荷区中产生的电场称为内建电场，它阻止了载流子的进一步扩散。pn结形成P型和N型半导体接触后形成的结构称为pn结，它具有重要的电学特性。pn结的电压-电流特性偏压类型电流方向电流大小正向偏压从p型区到n型区较大，随偏压增大而增大反向偏压从n型区到p型区很小，几乎为零pn结的电压-电流特性曲线是描述pn结在不同偏压下的电流变化关系。pn结的正向偏压正向电压在pn结两端施加正向电压，即正极连接p型区，负极连接n型区。势垒降低正向电压使能带弯曲减小，势垒高度降低，电子更容易从n型区流向p型区，空穴更容易从p型区流向n型区。电流增加电子和空穴的流动形成电流，正向电压越高，电流越大。pn结的反向偏压11.扩散电流减弱反向偏压使空穴和电子远离pn结，降低了扩散电流。22.漂移电流增强反向偏压吸引少数载流子，使其向pn结漂移，增加漂移电流。33.总电流减小反向偏压下，漂移电流大于扩散电流，总电流减小至微弱的饱