材料物理性能材料的电导.ppt

2.半导体玻璃半导体玻璃：电子电导性的玻璃。含有变价过渡金属离子的某些氧化物玻璃具有电子导电性。例如：金属氧化物玻璃、硫族与金属的化合物玻璃、Si、Se等元素非晶态。第101页,共129页，星期六，2024年，5月第102页,共129页，星期六，2024年，5月第五节无机材料的电导

无机材料往往为多晶多相，含有晶粒、晶界、气孔等。?一.多晶多相固相材料的电导陶瓷材料通常为多晶多相材料。一般，微晶相、玻璃相的电导率较高。因玻璃相结构松散，微晶相缺陷多，活化能比较低：1、一般杂质及缺陷的存在是影响导电性的主要内在因素。玻璃相、微晶相（缺陷多）电导率较高。第103页,共129页，星期六，2024年，5月2、晶界对多晶材料的电导影响应联系到离子运动的自由程及电子运动的自由程。除薄膜与超细颗粒材料外，均匀材料的晶粒大小对电导影响很小。3、半导体材料相反，外层晶界包围晶粒；晶界在冷却时达到平衡，具有较大的电阻，例如：高温发热元件SiC；4、对于少量气孔相电导率，随气孔率增加而减少。但如果气孔形成通道，环境中的水份、杂质易进入，对电导有影响。作为绝缘子使用，必须提高其致密度。5、材料的电导在很大程度上决定于电子电导。电子或空穴的迁移率比离子迁移率要大许多个数量级。第104页,共129页，星期六，2024年，5月第105页,共129页，星期六，2024年，5月第106页,共129页，星期六，2024年，5月二.次级现象1.空间电荷效应加上直流电压后，电阻需经过一段时间才能稳定。切断电源后，将电极短路，发现类似的反向放电电流，并随时间减小到零。随时间变化的这部分电流称为吸收电流，最后恒定的电流称为漏导电流。这种现象称为吸收现象。第107页,共129页，星期六，2024年，5月吸收现象主要是因为在外电场作用下。磁体内自由电荷重新分布的结果。电场作用下正负离子分别向负、正极移动。引起介质内各点离子密度变化。在介质内部，离子减少，在电极附近离子增加，或在某地方积聚，这样形成自由电荷的积累，称为空间电荷，也叫容积电荷。空间电荷的形成主要是因为陶瓷内部具有微观不均匀结构。其次在直流电场中，离子电导的结果，在电极附近生成大量的新物质，形成宏观绝缘电阻不同的两层或多层介质；另外气泡、夹层等宏观不均匀性，在其分界面上电荷积聚，形成电荷极化，这些都可导致吸收电流的产生。电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中。第108页,共129页，星期六，2024年，5月2.电化学老化现象指在电场作用下，由于化学变化引起材料电性能不可逆的恶化。一般电化学老化的原因主要是离子在电极附近发生氧化还原过程。其必要条件是介质中的离子至少有一种参加电导。?三.无机材料电导的混合法则假设陶瓷材料由晶粒和晶界组成，并且其界面的影响和局部电场的变化等因素可以忽略。第109页,共129页，星期六，2024年，5月第110页,共129页，星期六，2024年，5月则总电导率为：σTn=VGσGn+VBσBnσG、σB为晶粒、晶界的电导率，VG、VB晶粒、晶界的体积分数。n=-1，相当于图中的串联状态，n=1为图中的并联状态。图5.40（c）相当于晶粒均匀分散在相界中的混合状态，可以认为n趋近于零。将上式微分nσTn-1dσT=nVGσGn-1dσG+nVBσBn-1dσB因为n→0，则dσT/σT=VGdσG/σG+VBdσB/σB即lnσT=VGlnσG+VBlnσB（陶瓷电导的对数混合法则）第111页,共129页，星期六，2024年，5月第六节半导体陶瓷的物理效应1.晶界效应2.表面效应3.西贝克效应表面能级第112页,共129页，星期六，2024年，5月表面空间电荷层：在金属中，自由电子密度很高，表面电荷基本上分布在一个原子层厚度范围内，与金属相比，由于半导体载流子密度要低的多，电荷必须分布在一定厚度的表面层内，这个带电的表面层为表面空间电荷层。表面电势：表面空间电荷层两端的电势差。表面电势的正负规定：表面电势比内部高时，其值取正，反之取负。第113页,共129页，星期六，2024年，5月表面势为负值时，表面处能带向上弯曲，在热平衡状态下，半导体内费米能级为一定值，随着向表面接近，价带顶将逐渐移近甚至超过费米能级，同时，价带中的空穴浓度也随之增加，结果表面层内出现空穴的堆积而带正电。表面空间电荷层的三种状态（主要讨论p型半导体）1）多数载流子堆积状态－－－－－－－?