《材料電學(xué)性能》ppt課件-文庫(kù)吧
2025-01-04 02:10 本頁(yè)面
【正文】 ）： 它是屬于不滿帶的情況，故為導(dǎo)體，其中每個(gè)原子都有一個(gè) s價(jià)電子，眾多原子聚合成固體后， s能級(jí)將分裂成很寬的 s能帶，而且是半充滿的。 ? 堿土金屬 鈹、鎂、鈣 鎂（ 1S22S22P63S2）： 雖然每個(gè)原子的３ s能帶是滿的，但它不是絕緣體而是導(dǎo)體，因?yàn)樗鼈兊模?s能帶與較高的能帶 3P有交疊的現(xiàn)象，故能導(dǎo)電。 但是重疊程度有差異，例如 鈣 的上、下兩個(gè)能帶重疊的部分很小，因而是不良導(dǎo)體 。 ? 貴金屬 銅、銀、金 銅（ 1S22S22P63S23P63d104S1）：它們都有一個(gè) s態(tài)價(jià)電子，因 d層填滿，原子恰如鋼球，不易壓縮，貴金屬等的價(jià)電子數(shù)是奇數(shù)，本身的能帶也沒(méi)有填滿，故為良導(dǎo)體。 ? 過(guò)渡金屬 鐵、鎳、鈷 鐵 （ 3S23P63d74S2）： 具有未滿的 d層，過(guò)渡金屬的 d層能奪取較高的 s帶中的電子而使能量降低，即 d層和 s層往往會(huì)產(chǎn)生能級(jí)交叉現(xiàn)象， 故有導(dǎo)電性。 （ 2） 絕緣體 insulator 絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)具有下列特征：在滿帶與導(dǎo)帶之間存在一個(gè)較大的禁帶，約大于 1019J，禁帶寬度依物質(zhì)不同而異，禁帶越寬，絕緣性越好。 ? 無(wú)機(jī)絕緣體對(duì)溫度的穩(wěn)定性較好 ? 有機(jī)絕緣體隨溫度升高會(huì)發(fā)生熱解，在多數(shù)情況下因游離出碳而使絕緣體變性。 （ 3） 半導(dǎo)體 Semiconductors 本征半導(dǎo)體 Intrinsic semiconductors 半導(dǎo)體的禁帶寬度較小，約在１ .６０２ １０ －１９ Ｊ附近。例如室溫下硅為１ .７９４ １０ －１９ Ｊ，故在室溫由晶體中原子的振動(dòng)就可使少量電子受到熱激發(fā)，從滿帶躍遷到導(dǎo)帶，即在導(dǎo)帶底部附近存在少量電子，從而在外電場(chǎng)下顯示出一定導(dǎo)電性。 半導(dǎo)體在一般條件下就具有一定的導(dǎo)電能力，這是與絕緣體的主要區(qū)別。 實(shí)際上，半導(dǎo)體在外電場(chǎng)下顯示出的傳導(dǎo)性能，不僅與激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子有關(guān)，還與滿帶的空穴有關(guān)。半導(dǎo)體的一個(gè)電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶上，便產(chǎn)生兩個(gè)載流子，即形成 空穴－電子對(duì) ， 這是與金屬導(dǎo)電的最大區(qū)別 。 載流子 ： 自由電子 ， 負(fù)電荷 空穴 ， hole， 正電荷 carrier 雜質(zhì)半導(dǎo)體 extrinsic semiconductor n型半導(dǎo)體 nTYPE EXTRINSIC SEMICONDUCTION 在 Si、 Ge等四價(jià)元素中摻入少量 五價(jià)元素 P、Sb、 Bi、 As等，因價(jià)電子多出一個(gè)，在導(dǎo)帶附近會(huì)形成由雜質(zhì)造成的能級(jí)。這種雜質(zhì)能級(jí)與導(dǎo)帶之間的禁帶寬度很窄，故多余的一個(gè)電子在室溫下就可躍遷到導(dǎo)帶上去。 這類電子型導(dǎo)電的半導(dǎo)體，稱為 n型半導(dǎo)體。 Section p型半導(dǎo)體 pTYPE EXTRINSIC SEMICONDUCTION 在 四價(jià) 元素 Si、 Ge等 中摻入少量 三 價(jià)元素 B、 Al、 Sc、 Y，在 價(jià) 帶 附近形成摻雜的能級(jí) ，因缺少一個(gè)電子，以少許的能量就可使電子從價(jià)帶躍遷到摻雜能級(jí)上，相應(yīng)地在價(jià)帶中則形成一定數(shù)量的空穴，這些空穴可看成是參與導(dǎo)電的帶有正電的載流子。 這種空穴型導(dǎo)電的半導(dǎo)體，稱為 p型半導(dǎo)體。 本征半導(dǎo)體 n型半導(dǎo)體 p型半導(dǎo)體 ? 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能取決于傳導(dǎo)電子數(shù)和空穴數(shù)。摻入的雜質(zhì)的種類和數(shù)量可控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型和電導(dǎo)率。 ? 本征半導(dǎo)體： 在外界能量作用下電子從滿帶激發(fā)到導(dǎo)帶從而具有半導(dǎo)體性質(zhì)，屬于 電子和空穴的混合導(dǎo)電 。溫度越高，從滿帶激發(fā)至導(dǎo)帶的電子數(shù)就越多，導(dǎo)帶或滿帶中的載流子數(shù)就越大，導(dǎo)電性就越好。 ? 雜質(zhì)半導(dǎo)體： ? 在硅晶體中摻磷后，磷原子很容易貢獻(xiàn)出一個(gè)電子進(jìn)入導(dǎo)帶，使硅晶體成為電子型導(dǎo)電 。每個(gè)雜質(zhì)磷原子能提供一個(gè)參與導(dǎo)電的電子，故稱為 施主 。施主失去電子后成為正離子，其正電荷顯然是被束縛的，不能自由移動(dòng)。施主能級(jí)靠近導(dǎo)帶的下緣。 ? 在硅晶體中加入三價(jià)元素硼，則硼原子與相鄰的四個(gè)硅原子以共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，尚缺少一個(gè)電子。此時(shí)硅的滿帶中的電子由于熱激發(fā)很容易到達(dá)硼原子處，填補(bǔ)所缺的電子。滿帶中就產(chǎn)生了一個(gè)空穴，這個(gè)空穴可自由移動(dòng)，是能導(dǎo)電的自由載流子。由于硼原子很容易吸收滿帶中的電子，故把硼原子稱為 受主 。所以摻硼的硅半導(dǎo)體是 空穴型導(dǎo)電 。受主原子獲得額外的電子后成為負(fù)離子，其負(fù)電荷也是束縛電荷。受主能級(jí)靠近滿帶的上緣。 434 材料的超導(dǎo)電性 (superconductivity) 超導(dǎo)電性 —— 在一定低溫下材料突然失去電阻的現(xiàn)象 （小于目前所能檢測(cè)的最小電阻率 1025Ωcm） 超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn) 諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者 1913年 Heike Kamerlingh Onnes the Netherlands Leiden University Leiden, the Netherlands b. 1853 d. 1926 1908年 氮液化 1911年 汞， K，電阻消失 J. Ge Bednorz K. Alexander Muller 1/2 of th
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