[复习]功能材料复习2009

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1、第一章导电材料复习导电材料按导电机理可分为电子导电材料和离子导电材料两大类。电了导电材料的导电起源于电了的运动。电了导电材料包括导体、超导体和半导体。导体的电导率^105s/m,超导体的电导率为无限大(在温度小于临界温度时)，半导体的电导率为10一7〜104S/m。当材料的电导率^10-7S/m时，就认为该材料基本上不能导电，而称为绝缘体。离子导电材料的导电机理则主要是起源于离子的运动，由于离子的运动速度远小于电子的运动速度，因此其电导率也远小于电子导电材料的电导率，目前最高不超过102S/m,大多都在10°S/m以

2、下。导体的能带结构所示有三种结构：仗)类有未充满的能带，能带间相互重叠，无禁带；(b)类价电子充满下面的能带，上面紧接着另一个空能带，无禁带;(C)类有未充满的能带，该能带与上面的空带间有禁带。但是不论何种结构，导体中均存在电子运动的通道即导带。(a)类的导带由未满带、重带和空带构成，(b)类的导带由空带构成，(c)类的导带由未满带构成。电子进入导带运动均不需能带间跃迁。导体中的散射屮心有两类：一类是晶格原子的热振动，与温度T有关；另一类是晶格缺陷，无相变时，一般与温度无关。不论何种温度，电阻率P均随温度升高而升高。

3、相反，电导率。随温度升高而降低，这也是导体的一个特征。1911年OnnesHK在研究极低温度下金属导电性时发现，当温度降到4.20K时，汞的电阻率突然降到接近于零。这种现彖称为汞的超导现彖。某些金属，金属化合物及合金，当温度低到一定程度时，电阻突然消失，把这种处于零电阻的状态叫做超导态，冇超导态存在的导体叫做超导体。超导体从正常态（电阻态）过渡到超导态（零电阻态）的转变叫做正常一超导转变，转变吋的温度Tc称为这种超导体的临界温度。揭示出超导屯性的微观本质的理论是由巴丁、库柏和施里弗三人建立的BCS理论（Bardeen

4、>Cooper和Schrieffer）oBCS理论认为,在绝对零度下,对于超导态、低能量的电子（在费米球内部深处的电子）仍与在正常态中的一样。但在费米面附近的电子，则在吸引力的作用下，按相反的动量和自旋全!==!这些库柏对可以理解为凝聚的超导电了。从动量角度看，在超导基态中，各库柏对单个电子的动量可以不同，但每个库柏对总是涉及各个总动量为零的对态，因此，所有库柏对都凝聚在零动量上。当正常的金属载流时，将会出现电阻，因为电子会受到散射而改变动量，使载流子沿电场方向的自由加速受到阻碍。而在超导体情况下，组成库柏对的电子虽

5、然会受到不断地散射，但是，曲于在散射过程中，库柏对的总动量维持不变，所以电流没有变化，呈无阻状态。本征半导体育吉带结构：下面是价带，市于纯半导体的原子在绝对零度时，其价带是充满电子的，因此是一个满价带。上面是导带，而导带是空的。满价带和空导带之间是禁带，由于它的价电子和原子结合得不太紧，其禁带宽度Eg比较窄，一般在lev左右。价带中的电了受能量激发后，如果激发能大于Eg,电子可从价带跃迁到导带上，同吋在价带中留下一个空穴，空穴能量等于激发前电子的能量。半导体价带中的电了受激发后从满价带跃迁到空导带中，跃迁电了可在导带

6、中自由运动，传导电子的负电荷。同时，在满价带屮留下空穴，空穴带正电荷，在价带中空穴可按电子运动相反的方向运动而传导正电荷。因此，半导休的导电来源于电子和空穴的运动电子和空穴都是半导体中导电的载流子。激发既可以是热激发，也可以是非热激发,通过激发，半导体中产生载流子，从而导电。可分为元素半导体和化合物半导依元素半导体又可分为本征半导体和杂质半导体。化合物半导体又可分为合金、化合物、陶瓷和有机高分子四种半导体。按掺朵原了的价电了数分可分为施主型（又叫电了型或n型）和受主型（又叫空穴型或P型）。前者掺朵原子的价电子多于纯元

7、素的价电子，后者正好相反。按晶态分可分为结晶、微晶和非晶半导体。半导休中价带上的电子借助于热、电、磁等方式激发到导带叫本征激发。满足本征激发的半导体叫本征半导体。本征半导体是高纯度,无缺陷的元素半导体，其杂质小于十亿分之一个。利用将杂质元素掺入纯元素中，把电了从杂质能级（带）激发到导带上或者把电子从价带激发到杂质能级上，从而在价带中产生空穴的激发叫耳电本征激发或杂质激发。这种半导体叫朵质半导体。朵质半导体本身也都存在木征激发,因此朵质半导体有杂质激发，又有本征激发。一般杂质半导体中掺朵杂质的浓度很小，如十亿分Z—即可

8、达到目的。IIIAIVAVAVIA5Bc?Nol圖碳氮氧2s22px2s22p22s22p32s22p410.8112.0114.0116.0013AlSiPs铝硅磷硫3s23p3s23p23s23pSl3s23p*26.9828.0930.9732.0731Ga32GeAs34Se4宀琢碑硒4s24px4s24p24s24p34s24p469