3 无机材料的电导-3

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1、无机材料物理性能电学部分上节知识点回顾半导体概念，能带结构；本征半导体的电子电导率及影响因素；组份缺陷对电子电导率的影响；25.4多晶多相材料的电导相组成：晶粒、晶界、玻璃相、气孔、相组成的导电性：玻璃相、微晶相（缺陷多）电导率较高。气孔电导率小，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。3§5.5半导体陶瓷的物理效应接触效应半导体间；金属与半导体间；金属与金属间；2.晶界效应压敏，PTC3.表面效应—gassensor4.西贝克(Seeback)效应-thermalelectric4§5.5

2、.1晶界效应（1）压敏效应微观结构中包括氧化锌晶粒以及晶粒周围的晶界层。氧化锌晶粒的电阻率很低，而晶界层的电阻率却很高，相接触的两个晶粒之间形成了一个势垒。56对电压变化敏感的非线性电阻效应。即在某一临界电压以下，电阻值非常高，可以认为是绝缘体，当超过临界电压（敏感电压），电阻迅速降低，让电流通过。电压与电流是非线性关系。1隧道效应热激发双肖特基势垒图无电场Ed表面能级高电场ZnO晶粒晶界ZnO晶粒7应用领域稳压，过压保护避雷针等8（2）PTC效应PTC效应：电阻率随温度升上发生突变，增大了3—4个数量级。是价控型钛酸钡半导体特有。电阻率突变温

3、度在相变（四方相与立方相转变）温度或居里点。PTC机理（Heywang晶界模型)：1）n型半导体陶瓷晶界具有表面能级；2）表面能级可以捕获载流子，产生电子耗损层，形成肖特基势垒。在烧结时，需采用氧化气氛，缓慢冷却，使晶界充分氧化，因此所得烧结体表面覆盖着高阻氧化层，在被电极前将氧化层去除。3）肖特基势垒高度与介电常数有关，介电常数越大，势垒越低；4）温度超过居里点，材料的介电常数急剧减小，势垒增高，电阻率急剧增加。9应用领域温度敏感元件，过热报警器，过热保护；PTC的温度变化，用于液位计；限电流元件；P27110表面效应：半导体表面吸附气体时电

4、导率发生变化。吸附气体的种类：H2、O2、CO、CH4、H2O等。半导体表面吸附气体对电导率的影响：如果吸附气体的电子亲和力大于半导体的功函数，吸附分子从半导体中捕获电子而带负电；相反吸附分子带正电。n型半导体负电吸附，p型半导体正电吸附时，表面均形成耗尽层，表面电导率减小。p型半导体负电吸附，n型半导体正电吸附时，表面均形成积累层，表面电导率增加。§5.5.3表面效应（吸附其他分子或原子）11例如：一般具有氧化性的分子（如：氧分子）从n型半导体和p型半导体中捕获电子而带负电，引起半导体表面的负电吸附。还原型气体引起半导体表面的正电吸附。1/2

5、O2(g)+neOadn-Oad:吸附分子温度对吸附离子形态的影响：低温高温O21/2O4-O2-2O-2O2-O::O·O:O:O:O:·O:O··O::O:12§5.5.4气敏理论模型SnO2是n型半导体在空气中吸附氧，氧的电子亲和力比半导体材料大，从半导体表面夺取电子，产生空间电荷层，使能带向上弯曲，电导率下降，电阻上升。吸附还原型气体，还原型气体与氧结合，氧放出电子并回至导带，使势垒下降，元件电导率上升，电阻下降。13§5.5.5西贝克(Seeback)效应这是热电材料的基础，已经形成一个非常大的学科和材料科学界的热点研究领

6、域温差电动势效应--广义地，在半导体材料中，温度和电动势可以互相产生其理论公式在教材上有部分介绍，有关进一步研究和应用见相关研究论文教材第277页表5.11只是一些传统材料，现在有非常多新材料14Thermalelectricgenerator15S是材料的Seeback系数，也称为热电势，σ是电导率，T是绝对温度，ke是载流子热导率，kL是晶格热导率商用热电材料的ＺＴ值在1.0左右，相应器件的能量转换效率小于10%，远远低于普通热机约35%的发电效率．热电材料性能优值（ＺＴ）是表示热电材料转换效率高低的唯一指标161718应用领域温差发电制冷

7、19§5.5.6P-n结P型半导体和n型半导体接合时，截流子存在浓度差，导致空穴从p区扩散到n区、电子从n区扩散到p区；对于p区，空穴离开后，留下不可动的带负电荷的电离受主，出现负电荷区；同理n区出现带正电荷的电离施主，出现正电荷区；把pn结附近的电离受主和施主区所带电荷称为空间电荷，这个区域称为空间电荷区。pn+++++++++----------20NANdNdNAPEFEcEveVdNv>Nd空穴从P向N流动，在N区形成正空间电荷；电子从N向P流动，在P区形成负空间电荷；空间电荷在接触附近形成自建电场P，它阻止空穴和电子进一步的扩散，达到

8、平衡，接触电势差为Vd；此时整个系统的费米能级相同，P－N结处能带发生弯曲。（一）能带结构eVd21NDNA(x)N(x)xpn缓变结：杂质浓度从p区