课件9-离子导电-四探针法.ppt

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1、作业1.设离子晶体晶格常数为0.5nm，振动频率为1012(Hz)，势垒u=0.5eV，求室温（T=300k)下离子的迁移率。2.根据下表的数据，计算NaCl的电导率(设T=300k)。3.假定将一个Na原子由Na晶体内部移至表面所需能量为1eV，计算300k下肖特基空位的浓度。4.除离子晶体外，以其它方式（如共价键）结合的晶体是否存在典型的离子导电性？5.书p95，12题§2.3离子导电一.引言电子导电－金属和半导体材料的导电，Hall效应是特征。离子导电－离子和空穴在电场的作用下，通过材料的长距离的

2、迁移。一般讨论离子型晶体的导电。这类晶体往往含有电负性弱的金属原子和电负性强的O、F。电荷载流子一定是材料中最易移动的离子。例如，硅化物玻璃，可移动的载流子一般是SiO2基体中的一价阳离子，如Na＋（发绿玻璃）、K＋（发黄玻璃）。在多晶陶瓷材料中，晶界碱金属原子的迁移是离子导电机制的主体。电解效应是特点。电负性－表示原子与电子相结合的趋向。以分子键、氢键结合的晶体的导电情况？载流子－带电荷的正负离子。本征导电－晶体点阵的基本离子，由于热振动离开晶格，形成热缺陷（离子或空穴），在电场作用下成为导电的载流子

3、。杂质导电－杂质离子与晶格联系弱，晶体中载流子主要是杂质。在较低的温度下起主要导电作用。本征导电杂质导电电解效应－离子导电的特征是存在电解效应。离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新的物质。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载流子是正离子还是负离子1F=96500库仑二.离子导电理论1.载流子浓度(1)本征电导－载流子（离子和空位）由晶体本身热缺陷提供。Frenkeldefect：晶体内部的离子由于热运动离开点阵跳进间隙位置，形成填隙离子，

4、留下个空位。由这种方式产生空位和间隙离子，Frenkel首次提出。常存在于纯净的卤化银晶体中。填隙离子与空穴浓度相等。N为单位体积内的格点数，Ef为形成一个Frenkel缺陷（即同时生成一个间隙离子和一个空位）所需要的能量，k为Boltzman常数，T为绝对温度。Schottkydefect：将完整晶体内部格点上的一个离子转移到晶体表面的一个格点上，在晶体中单独产生一个空位，即肖特基缺陷。常存在于纯净的卤化碱晶体中。N为单位体积内离子对数目，Es为离解一个阴离子和阳离子并达到表面所需要的能量。常温下，k

5、T<

6、an统计规律，无外场时，单位时间内间隙离子沿某一方向跃迁的次数（即离子由于热运动而越过势垒跃迁到邻近间隙位置的几率）为位置x△u电场Eb-bu势垒V无电场E对跃迁几率的理解：间隙位置上的杂质原子，位于高度为u的势阱内。温度为T时，由于热涨落，1s内此原子仅在exp(-u/kT)的那部分时间内具有足够高的热能越过势垒。若以ν表示原子的特征振荡频率，则在1s内某一个时刻原子具有足够的热能而越过势垒的概率为在1s时间内，原子对势垒进行ν次冲击，而每次尝试中越过势垒的概率是exp(-u/kT)。P称为跃迁频率（

7、1s内的概率）。加电场E，晶体中间隙离子的势垒不再对称，电荷为q的离子在电场E中的附加能量为-qEx。所以X方向势垒的变化如图所示。ν0为间隙离子在稳定位置上振动的频率。无外场时，向各方向的迁移次数相同，宏观上无电荷定向运动，介质中无电导现象。z，离子价。由此，在一维平行于电场的x方向，一个间隙离子的剩余跃迁次数为对正离子，x正方向，对正离子，x负方向，表示1s内△p个正离子沿x正方向移动距离b（一个晶格常数）。故载流子沿电场方向的迁移率为每跃迁一次的距离为b，所以载流子沿电场方向的迁移速度v为设△u=

8、kT，z=1,b=0.1nm,E~108(v/m)~106(v/cm)。如此强电场的情况下△u才可与kT相当。所以一般电场情况下，△u<