《导电材料》PPT课件(I)

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1、第四章导电材料一、导电材料的分类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。电子导电材料包括导体、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10-7~104S/m。当材料的电导率小于10-7S/m时，就认为该材料基本上不能导电，而称为绝缘体。导体、超导体、半导体和绝缘体的区别不仅是电导率的大小，它们的能带结构和导电机理也有很大的不同。二、导体的能带结构导体的能带结构如图1所示，有三种结构：（a）有未充满的能带，能带间相互重叠，无禁带；（b）价电子充

2、满下面的能带，上面紧接着另一个空能带，无禁带；（c）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）类的导带由空带组成，（c）类的导带由未满带构成。电子进入导带运动均不需要能带间跃迁。三、导体的导电机理经典理论是自由电子理论，认为电子在金属导体中运动时不受任何外力作用，相互之间也无作用，即金属导体中电子的势能是个常数。但实际上，电子势能是个周期函数，不是常数，因此，它不是自由电子，这就是能带理论。四、导体材料的种类导体材料按照化学成

3、分主要有以下三种：（1）金属材料。这是主要的导体材料，电导率在107~108S/m之间，常用的有银、铜和铝等。（2）合金材料。电导率在105~107S/m之间，如黄铜，镍铬合金等。（3）无机非金属材料。电导率在105~108S/m之间。如石墨在基晶方向为2.5×106S/m。五、导体材料的应用导体材料在电力、电器、电子、信息、航空、航天、兵器、汽车、仪表仪器、核工业和船舶等行业中有着广泛的应用。金属导体材料主要用作：电缆材料、电机材料、导电引线材料、导体布线材料、辐射屏蔽材料、电池材料、开关材料、传感器材料、信息传输材料、释放

4、静电材料和接点材料等，还可以作成各种金属填充材料和金属复合材料。合金导体材料主要用作电阻材料和热电偶材料，如铂-铑热电偶等。非金属导体材料主要用作耐腐蚀导体和导电填料。半导体材料1、半导体的能带结构本征半导体能带结构见图。下面是价带，由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，其禁带宽度比较窄，一般在1ev左右。2、半导体的导电机理半导体价带中的电子受激发后从满价带跃到空导带中，跃迁电子可在导带中自由运动，传导电子的负电荷。同时，在满价带中留下空穴，

5、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，半导体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。3、半导体的分类按成分分类：可分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体又可分为本征半导体和杂质半导体。化合物半导体又分为合金、化合物、陶瓷和有机高分子四种半导体。按掺杂原子的价电子数分类：可分为施主型（又叫电子型或n型）和受主型（又叫空穴型或p型）。前者掺杂原子的价电子大于纯元素的价电子，后者正好相反。按晶态分类：可分为结晶、微晶和非晶半导体。4、本征半导体1）导电机理半导体中价带上的

6、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。2）本征半导体材料的性质和应用A、性质本征半导体是高纯度，无缺陷的元素半导体，其杂质小于10-9。主要元素是Si、Ge和金刚石B、应用本征半导体应用不多，因为单位体积内载流子数目比较小，需要在高温下工作。5、杂质半导体1）定义利用将杂质元素掺入纯元素中，把电子从杂质能级（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非本征激发或杂质激发。这种半导体叫杂质半导体。2）种类A、n型半导体（电子型，施主型）ⅣA族元素（C

7、、Si、Ge、Sn）中掺入以VA族元素（P、Sb、Bi）后，造成掺杂元素的价电子多于纯元素的价电子，其导电机理是电子导电占主导，这类半导体是n型半导体。B、p型半导体ⅣA族元素（C、Si、Ge、Sn）中掺入以Ⅲ族元素（如B）时，掺杂元素的价电子少于纯元素的价电子，它们的原子间生成共价键以后，还缺一个电子，而在价带其中产生空穴。以空穴导电为主，掺杂元素是电子受主，这类半导体是p型半导体。6、化合物半导体1）分类按成分分：无机合金化合物、陶瓷、高分子半导体；按n、p型分：n型和p型半导体按组分分：二元化合物半导体和多元化合物半导体

8、。二元半导体有Ⅲ-V族半导体，其化学式为AⅢBV，如GaAs、GaP、InP、GaSB、GaN等。Ⅱ-Ⅳ族化合物半导体，如ZnS、CdS、ZnSe、CdSe、HgS等。多元化合物半导体有（Ga1-xAlx）As、（In1-xAlx）P等三元化合物半导体和GaxIn（1-x）A