材料电学性能材料物理性能笔记专业必备

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1、2.1.固体电子理论1.经典自由电子学说自由电子在晶体屮的行为如同气体，故乂称电子气体困难：1）实测的电子对热容的贡献比经典自由电子学说估计值小得多]2）实际测a的电子平均自巾程比经典理论估计値大许多3）绝缘体、半导体、金属导体导电性为何存在巨大差异2.£1子自由电子学说电子的能量是不连续的，而是存在一准连续的能级fi子自由电子学说尚无法解释为何绝缘体、半导体、金属的导电性能存在巨大差异量子自由电子学说的局限是忽略了周期势场的影响态密度物理意义：单位能量范围内所能容纳的电子数费米能表示0K时基态系统电子所占冇的最高能级的能景，可以认为费米能不随温度变化3.冇了能带概念，就可以说明金属和绝缘

2、体的区别，并且由能带理论预言了介于两者之间的半导体的存在单电子近似:假定固体中的原子核不动，并设想每个电了•是在固定的原了•核的势场中及其它电子的平均势场中运动，这样就把问题简化成单电子问题，这种方法称为单电子近似能带论：用单电子近似法处理晶体屮电子能谱的理论紧束缚近似:如果用相反的思维过程，即先考虑电子完全被原子核束缚，然后再考虑近似束缚的电子，也可以得到能带概念，这种方法称为紧朿缚近似原子基态价电子能级分裂而成的能带称为价带，相应于价带以上的能带（即第一激发态）称为导带金属:热能（T>OK）或电场所产生的能S足以将大足电子激发成为自山电子绝缘体与半导体:半导体与绝缘体的能带结构相同，差

3、别仅在于禁带的宽度价带顶部并无空能级，要产生自由电子和电子空穴必须使电子跨越禁带以进入导带，所耑能量较大。一般地，激发能S由热或光提供，而非山电场提供非晶态："扩展态：电子可在整个晶体中运动的电子态r定域化.I定域态的能量被局限在一个范围内迁移率边：扩展态和定域态之问有一个能量的分界2.1.材料电导性能电导率：o=nze（v/E）n为单位体和电粒子数t=

4、U=v/E迁移率U（单位电场作用下带电粒子漂移速度）o=nzeu散射越弱，T（松弛时问）越大，迁移率也就越高品格散射：晶格振动引起的散射。温度t,晶格振动f,晶格散射t对于低掺杂半导体：u随T升高而大幅度下降电离杂质散射：电离杂质产生的正

5、负电屮心对载流子的吸引或排斥作用产生的散射。温度t，载流子运动速度f，所受吸引和排斥作川的影响U散射作用丨对于高掺杂：u随T升高变化小本征半导体：载流子W由半导体晶格本身提供，即电性山纯物质本身电子结构决定本征电导：导带中的电子导屯和价带中的空穴导电同时存在的电导现象特征：本征电导的载流子电子和空穴的浓度是相等的，载流子是由热激发产生的，载流子浓度与温度成指数关系n=Nexp[-Eg/（2kT）]N为等效状态密度可见，对于本征半导体，载流子浓度随禁带宽度的增加而快速减小，随温度增大而快速增加“多余”的电子所处杂质能级称为施主能级，掺入施主杂质的半导体称为II型半导体空穴所处杂质能级称为受主

6、能级，掺入受主杂质的半导体称为p型半导体杂质半导体的载流子浓度与温度的关系也符合指数规律本征电导率：o=a0exp[-Eg/（2kT）]低温时，本征项起主要作用高温时，杂质项起主要作用离子导电：离子电导的微观机制为离子的扩散影响因素：1）温度2）晶体结构：Tm/结构紧密f，晶体结合力t，活化能f，电导率13）鼎格缺陥：热激活缺陷X不等价固溶缺陷非化学计量比缺陷在含有碱金属离子的¥璃中，基本上表现为离子电导双碱效应：是指当玻璃中碱金属离子总浓度较大时（占玻璃组成25〜30%），在碱金属离子总浓度相同的情况下，含两种碱金属离子比含一种碱金属离子的玻璃电导率要小。当两种碱金属浓度比例适当时，电导

7、率可以降到很低压碱效应：是指含碱玻璃屮加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率降低相应的阳离子半径越大，这种效应越强电子波的散射是金属屮存在电阯的根本原因导致散射原因：晶格振动，晶体缺陷在一定的低温条件下材料突然失去电附的现象称为超导电性超导体两特性r完全导电性完全抗磁性P超导转变温度Tc:低于Tc时，超导体便出现完全导电和迈斯纳效应等基本特三个性能指标临界磁场Be:磁场高于Be,磁力线穿入超导体，超导体被破坏，成力正常态临界电流密度Jc:Jc为保持超导状态的最大输入电流，输入电流密度JC所产生的磁场与外磁场之和超过BC,超导态遭到破坏2.1.材料介电性能电介质（或介电质）：

8、电场作用下，能建立极化的一切物质（电绝缘物质）电介质的极化：电介质在电场作用下产生感应电荷的现象C=Se/der大小反映了电介质极化的能力e为介电常数极化：介质内质点（原子、分子、离子）正负电荷中心的分离，转变成偶极子的现象极化的基本特征是#质内部感应出电偶极矩，介质表面出现宏观束缚电荷f电子位移极化极化的种类有1离子位移极化L固有屯偶极子转向极化D=eE=e（E+PP=etxExe=er-1为介电磁化率极化的基本形式可