导体绝缘体和半导体的划分ppt课件.ppt

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1、第八章电学性能第一节导电性第二节介电性第三节热电性第四节压电性第五节热释电性第六节铁电性第一节导电性能一、导电性表征1导电当在材料的两端施加电压时，材料中有电流流过欧姆定律2R电阻与材料的性质有关，还与材料的长度及截面积有关单位：Ω(欧)5材料分类导电能力相差很大，决定于材料的结构与导电本质4σ电导率愈大，材料导电性能就越好单位：S/m(西/米)3ρ电阻率只与材料本性有关，而与导体的几何尺寸无关评定导电性的基本参数单位：Ω·m(欧·米)Ω·m10-5109导体半导体绝缘体一、导电性表征、导电机理1

2、金属及半导体的导电机理(1)经典电子理论离子构成了晶格点阵，形成一个均匀电场价电子是完全自由的（自由电子弥散）遵循经典力学气体分子的运动规律：电子气无E有E正离子自由电子自由电子加速运动形成电流自由电子与正离子碰撞形成电阻自由电子沿各个方向运动几率相同不产生电流、导电机理1金属及半导体的导电机理(1)经典电子理论其中：l：电子两次碰撞之间运动的平均距离(自由程)：电子平均运动速度n：单位体积内的自由电子数m：电子质量e：电子电荷：两次碰撞之间的平均时间金属的导电性取决于自由电子的数量、平均自由程和

3、平均运动速度、导电机理1金属及半导体的导电机理(1)经典电子理论经典电子理论的缺点：自由电子数越多导电性越好：二、三价金属比一价金属自由电子数多，但导电性差；不能解释电阻率与温度间的定量关系；不能解释超导现象。(2)量子自由电子理论原子的内层电子保持着单个原子时的能量状态价电子按量子化具有不同的能级电子具有波粒二象性．运动着的电子作为物质波：一价金属自由电子动能常数波长：频率：(2)量子自由电子理论粒子的观点：E-K曲线表示自由电子的能量与速度(或动量)之间的关系波动的观点：E-K曲线表示电子的能

4、量和波数之间的关系。电子的波数越大，则能量越高没有加外加电场，自由电子沿正、反方向运动的电子数量相同，没有电流产生外加电场作用下，正向移动电子能量降低；反向运动的电子能量升高，使金属导电；即不是所有自由电子参与导电，仅高能态电子参与导电(2)量子自由电子理论此外：实际情况中，金属内部存在缺陷和杂质。缺陷和杂质产生的静态点阵畸变和热振动引起的动态点阵畸变，对电磁波造成散射，形成电阻单位体积内参与导电电子数，称为有效自由电子数；两次反射之间的平均时间；单位时间内散射的次数，称为散射几率。解释了金属导电

5、本质但是离子所产生的势场是均匀的，与实际情况相悖。电导率电阻率(3)能带理论：晶体中电子能级间隙很小，能级分布是准连续的，或称能带；金属中由离子产生的势场是不均匀的，而且是呈周期性变化的。同样：金属中的价电子是公有化，能量是量子化不同：金属中由离子所造成的势场是成周期性变化的价电子在金属中的运动要受到周期场的作用结果导致：不同能量状态分布的能带发生分裂，即有某些能态是电子不能取值的(3)能带理论：允带允带允带能隙，禁带能隙，禁带允带和禁带交替结构能带发生分裂，即有某些能态是电子不能取值的定义？能带

6、结构：受价电子数、禁带宽度和允带空能级影响空能级：允带中未被填满电子的能级。导带：空能级允带中电子是自由的，参与导电禁带宽窄：取决于周期势场的变化幅度，变化幅度越大，禁带越宽若势场没有变化，则能带间隙为零。(3)能带理论：----导体、绝缘体、半导体能带结构特点(3)能带理论：允带能级未被填满允带之间没有禁带允带之间互相重叠满带上面相邻较宽禁带满带上面相邻较窄禁带电子易发生能级跃迁电子较易跃迁电子很难跃迁禁带：能隙所对应的能带称为禁带。禁带的宽窄取决于周期势场的变化幅度，变化越大，禁带越宽允带：电

7、子可以具有的能级所组成的能带称为允带。在允带中每个能级只允许有两个自旋反向的电子存在空能级：允带中未被填满电子的能级，具有空能级允带中的电子是自由的，在外加电场的作用下参与导电，所以这样的允带称为导带满带：一个允带所有的能级都被电子填满的能带(3)能带理论：半导体：Eg≈0.2~3.5eV例如：Si：Eg＝1.1eVGe：Eg＝0.71eV绝缘体：Eg＞3.5eV例如：金刚石Eg＝6.0eV、导电机理2无机非金属导电机理能带理论可以解释金属和半导体的导电现象，却难以解释陶瓷、玻璃和高分子等非金属材

8、料的导电机理。载流子理论电流是电荷在空间的定向流动。任何物质，只要存在带电荷的自由粒子（载流子），就可以在电场作用下产生电流。金属：载流子是自由电子，故称电子电导；无机材料中，载流子有两类：离子（正、负离子、空位），故称离子电导；电子（负电子、空穴）；高分子聚合物：载流子是孤对电子；超导材料：载流子是双电子库柏对。、导电机理2无机非金属导电机理离子晶体导电机理：离子晶体中空位的迁移。涉及离子运动本征电导：晶体点阵中基本离子的运动产生电导。杂质电导：结合力弱的离子运动造成，主要是杂质