材料的电导性能.ppt

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1、4材料的电导性能4.1电导的物理现象电学知识的基本概念复习在一个R=5Ω的电阻两端加电压V=20V，求：(1)通过电阻的电流；若电阻的截面积S=2cm2，长度L=10cm，求该电阻材料的电阻率ρ和电导率；求电场强度E；求通过电阻的电流密度J;(5)将欧姆定律中的电流、电压、电阻分别表示成电流密度、电场强度和电阻率的形式。解:(1)(2)(3)(4)(5)　欧姆定律的微分形式。代入欧姆定律公式有此即欧姆定律的微分形式AreaLengthi微分式说明导体中某点的电流密度（单位时间内通过单位面积的电荷）正比于该点的电场强度,比例系数为电导率σ。电导率即单位电场强度下，单位时间

2、内通过单位面积的电荷。电场强度E－伏特/厘米;电流密度J－安培/厘米2;电阻率ρ－欧姆.厘米;电导率σ－西门子.厘米-1电阻率（电导率）是材料的固有性能导体、半导体和绝缘体注意：不同的手册，划分范围不尽相同。电流是电荷在空间的定向运动。任何一种物质，只要存在带电荷的自由粒子——载流子，就可以在电场下产生导电电流。金属中：自由电子无机材料中：电子（负电子/空穴）——电子电导离子（正、负离子/空穴）——离子电导4.1.2电导的物理特性(1)载流子(2)迁移率和电导率的一般表达式物体的导电现象，其微观本质是载流子在电场作用下的定向迁移。题：一电子电导材料载流子是电子，载流子密

3、度即单位体积的电子数为n=1.0×1018cm-3,在两端加一E=10v.cm-1的电场强度，若电子的运动速度为n=1.0×104cm.s-1，求：单位时间内通过单位横截面积的电荷数J；已知电子的运动速度和电场强度成正比，定义载流子的迁移率m为单位电场下，载流子的运动速度，求迁移率m；单位电场下，单位时间内通过单位横截面积的电荷数，即电导率s；根据载流子密度和载流子迁移率，求电导率。解:(1)J=nqn=1.0×1018cm-3×1.6×10-19C×1.0×104cm.s-1=1.6×103C.cm-2.s-1=1.6×103A.cm-2(2)m=n/E=1.0×10

4、4cm.s-1/(10v.cm-1)=1.0×103cm-2.v-1.s-1(3)s=J/E=1.6×103A.cm-2/(10v.cm-1)=160A.v-1.cm-1=160S.cm-1(4)s=J/E=nqn/E=nqm=1.0×1018cm-3×1.6×10-19C×1.0×103cm-2.v-1.s-1=160A.v-1.cm-1=160S.cm-1(2)迁移率和电导率的关系s=J/E=J/E=nqn/E=nqm电导率的一般表达式s=∑niqimi电子电导的特征是具有霍尔效应。沿试样x轴方向通入电流I(电流密度Jx),z轴方向上加一磁场Hz,那么在y轴方向上将

5、产生一电场Ey,这种现象称霍尔效应。①霍尔效应（复习左手定则和右手定则）图4-1霍尔效应示意图Ey产生的电场强度,霍尔系数（又称霍尔常数）RH霍尔效应的起源：源于磁场中运动电荷所产生的洛仑兹力，导致载流子在磁场中产生洛仑兹偏转。该力所作用的方向既与电荷运动的方向垂直，也与磁场方向垂直。霍尔系数RH=μ.ρ，即霍尔常数等于材料的电阻率ρ与电子迁移率μ的乘积。霍尔系数RH有如下表达式：对于半导体材料：n型：p型：离子电导的特征是具有电解效应。利用电解效应可以检验材料是否存在离子导电可以判定载流子是正离子还是负离子②电解效应法拉第电解定律：电解物质与通过的电量成正比关系：4.

6、2离子电导参与电导的载流子为离子，有离子或空位。它又可分为两类。本征电导：源于晶体点阵的基本离子的运动。离子自身随着热振动离开晶格形成热缺陷。从而导致载流子，即离子、空位等的产生，这尤其是在高温下十分显著。杂质电导：由固定较弱的离子（杂质）的运动造成，由于杂质离子是弱联系离子，故在较低温度下其电导也表现得很显著。固有电导(本征电导)中，载流子由晶体本身的热缺陷提供。4.2.1载流子浓度(1)本征电导的载流子浓度N1为单位体积内离子结点数或单位体积内离子对的数目。低温下：kT

7、杂质电导的载流子浓度杂质电导（extrinsicconduction）的载流子浓度决定于杂质的数量和种类。由于杂质的存在，不仅增加了载流子数，而且使点阵发生畸变，使得离子离解能变小。在低温下，离子晶体的电导主要是杂质电导。很显然，杂质含量相同时，杂质不同产生的载流子浓度不同；而同样的杂质，含量不同，产生的载流子浓度不同。4.2.2离子迁移率离子电导的微观机构为载流子─离子的扩散。间隙离子处于间隙位置时，受周边离子的作用，处于一定的平衡位置(半稳定位置)。如要从一个间隙位置跃入相邻间隙位置，需克服高度为U0的势垒完成一次跃迁，又处于新的平衡