【正文】 但加工性能差，焊接性能不好。這種超高強度和高導電性的同時獲得是過去在任何材料中均無法實現(xiàn)的。 電氣接觸的永久可靠性。 ③ 超導技術在電子工程方面的應用 用超導技術制成各種儀器 ， 具有靈敏度高 、 噪聲低 、 反應快 、 損耗小等特點 ， 如用超導量子干涉儀可確定地熱 、 石油 、 各種礦藏的位置和儲量 ， 并可用于地震預報 。 轉(zhuǎn)變寬度 T?高溫超導體的電子顯微鏡圖象 物質(zhì)為什么會有超導現(xiàn)象？－－－ BCS理論 巴?。ㄗ螅?、庫珀、施里弗（右） 1957年巴?。?)、庫珀（ )和施里弗（ )提出一個超導電性的微觀理論，稱為 BCS理論。 ?臨界電流密度 Jc： 如果輸入電流產(chǎn)生的磁場與外加磁場之和 超過超導體的臨界磁場 Bc時，則超導態(tài)被 破壞。 1987年 2月 20日 中國物理學家 趙忠賢 獲得 110 K的超導材料； 1987年 3月 3日 日本宣布發(fā)現(xiàn) 123K超導體。 1957年 , , BCS 理論的超導微觀理論，第一個成功地解釋了超導體的性質(zhì)。 在非晶態(tài)材料中有一些在常態(tài)下是絕緣體或高阻體 ，但是在達到一定值的外界條件 （ 如電場 、 光 、 溫度等 ）時 ， 就呈現(xiàn)出半導體電性能 ， 稱之為非晶態(tài)半導體材料 ，也叫玻璃態(tài)半導體 。 3） 三元化合物半導體 以 A1GaAs和 GaAsP為代表的三元化合物半導體材料 ，已為人們廣泛研究 ， 可制作發(fā)光器件；此外 AgSbTe2是良好的溫差電材料； CdCr2Se4， MgCr2S4是磁性半導體材料；SrTiO3是超導電性半導體材料 ， 在氧欠缺的條件下 ， 它表現(xiàn)出超導電性 。 所以高摻雜時 ， 遷移率隨溫度變化較小 。電導率的一般表達式為 該式反映電導率的微觀本質(zhì)，即 宏觀電導率 σ 與微觀載流子的濃度 n，每一種載流子的電荷量 q以及每種載流子的遷移率的關系。 摻雜特性 然而隨著溫度的升高 ， 本征載流子的濃度迅速增長 ， 而雜質(zhì)提供的載流子則基本上不再改變了 ?？梢杂们懊嬗懻摰馁M密分布函數(shù)計算方法算出參加導電的電子和空穴數(shù)目。 該能級稱 受主能級 。 Ⅴ 族元素占據(jù)硅原子的位置： Ⅴ 族元素有 5個價電子，其中的四個價電子與周圍的四個硅原子形成共價鍵，還剩余一個電子，同時 Ⅴ 族原子所在處也多余一個正電荷，稱為正離子中心，所以，一個 Ⅴ 族原子取代一個硅原子，其效果是形成一個正電中心和一個多余的電子。 空穴 可見本征激發(fā)同時產(chǎn)生電子空穴對 。 能帶理論證明 ， 當價帶中波矢量為 k的狀態(tài)空著時 （ 不滿?導電 ） ， 價帶中實際存在的那些電子所引起的電流密度 j可以用一個攜帶電荷 +q以速度 v(k)運動的假想粒子引起的電流密度來代替 ， 該假想粒子就叫空穴 。 ? 在 CaO、 Y2O MgO ZrO2中 ， 由于替代離子的半徑比 Zr4+大 ， 電價低 ， 因而晶格中有相當數(shù)量的 氧空位 ， 缺陷濃度可到 15%。這是因為離子半徑過大時，其遷移能力變差；而離子半徑過小會使正離子在電導通道中作漩渦式的迅速移動，也會阻礙其運動。 快離子導體的特性： 從實踐中歸納出幾條判據(jù)： （ 1） 晶體中必須存在一定數(shù)量 活化能很低的可動離子 ；（ 2） 晶格中應包含能量近似相等 ， 而數(shù)目遠比傳導離子數(shù)目為多并可容納傳導離子的 間隙位 ； （ 3） 可動離子可駐留的間隙位之間 勢壘不能太高 ， 以使傳導離子在間隙位之間可以比較容易躍遷 。 當晶體處于快離子相時 ， 不運動離子構成骨架 ， 為運動離子的運動提供通道 。 低溫下，雜質(zhì)電導占主要地位 高溫下，本征電導起主要作用 （ 2） . 離子性質(zhì)及晶體結構的影響 電導率隨活化能按指數(shù)規(guī)律變化 ， 而活化能反映離子的固定程度 ， 它與晶體結構有關 。 存在電場 不存在電場 一維情況 ， 離子越過位壘 V（ 能量臺階 ） 的幾率 （ 量綱 S－ 1） ]e xp [ kTVhkTP ?? ? 加上電場 E，沿電場方向位壘降低 Fb/2，向右的跨越幾率為 ]21e x p [21 kTFbVhkTP ???? ?b V ]21e x p [21 kTFbVhkTP ???? ? 沿電場反方向位壘增高 Fb/2，向左的跨越幾率為 結果，向右的遷移多于向左的的遷移，載流子向右的平均漂移速度 )]2e xp ()2[e xp (21)( kTFbkTFbbPPPbv ????? ??]e xp [ kTVhkTP ?? ?由于 ]2e xp [21 kTFbPP ?? ]2e xp [21 kTFbPP ???z e E bFb 2121 ?離子帶電量為 z 電場強度不是很大的情況下 kTFb ??21kTPFbPPbv2)(2??? ??一般情況下，電場不會很大，電流正比于電場強度 若電場很大 ( )，第一項為主 )2(e xp kTFbv ?? 常數(shù)電流密度 vn z ej ? n為離子密度，電量 q＝ ze kTPEbenzkTPFn z e bvn z ej222222???令 0NGV dc?? 為直流條件下自由能的變化 （可測） dcG?kTFb ??21]e xp [2222RTGhEbeznj dc??? ?kNR 0?又 ，則 因此，電阻率 ]RTGe x p[bezn hjE dc??? 2222??RTΔGben ααhρ dc??2222lnlnRTGhbezn dc???2lnln222??TBA ???log利用直流電導的測定可以研究過程的焓變和熵變 這是理論值，與玻璃的經(jīng)驗電阻公式吻合，表明該理論比較正確的描述了離子電導 TBAlog ??? 由熱力學第二定律 （ 把一些不可以直接測量的物理量 ， 通過數(shù)學描述表示為可以直接測量的物理量 ， 由此檢驗理論的正確性 ） dcdcdc STHG ?????RTHRShEbezn dcdc ????? )(2lnln222??得到 若存在多種載流子 ? ??iii TBA )e xp (?材料的電導率將是多種載流子遷移的總體表現(xiàn) 根據(jù)此式，可由實驗測定直流電導率得到的自由能變化研究過程的焓變和熵變。 ? ?kTENn zzz 2e x p ??雜質(zhì)離子 ——載流子濃度： nz—— 雜質(zhì)離子提供的載流子濃度 Nz——摻雜雜質(zhì)總量 Ef——雜質(zhì)離子的離解能 V 間隙離子的電導 間隙離子的運動勢場 離子電導理論 離子導電性是離子類載流子電場作用下，通過材料的長距離遷移。 因為雜質(zhì)離子的存在，不僅增加了載流子數(shù)目，而且使點陣發(fā)生畸變，雜質(zhì)離子離解活化能變小。 ?肖特基缺陷： 一定溫度下、表面附近的原子 A和 B依靠熱運動能量運動到外面新的一層格點位置上，而 A和 B處的空位由晶體內(nèi)部原子逐次填充，從而在 晶體內(nèi)部形成空位，而表面則產(chǎn)生新原子層 ，結果是晶體內(nèi)部產(chǎn)生空位但沒有間隙原子，這種缺陷稱為肖特基缺陷。 如果合金是等軸晶粒組成的兩相混合物 ， 并且兩相的導電率相近 (比值為 ～ )， 那么 ， 當合金處于平衡狀態(tài)時 ， 其電導率 ， 可以認為與組元的體積分數(shù)成直線關系： σ c=(σ α φ α +σ β (1一 φ α ) 式中 σ α 、 σ β 和 σ c分別為各相和多相合金的電導率； φ α 、φ β 為各相的體積分數(shù)，并且 φ α +φ β ＝ 1。 （五）熱處理對導電性的影響 一般 ， 淬火使晶格畸變 ， 電阻增加；退火使畸變恢復 ，電阻降低 。 二是有序化使點陣規(guī)律性加強 ， 晶體的離子勢場在有序化時變得更對稱 ， 減少了電子的散射而引起電阻率的降低 。 原因：異類原子的溶入引起溶劑晶格畸變，破壞了溶劑晶格勢場的周期性，增加了對電子的散射作用，從而增大了電阻。當溫度降低到 0K時，冷加工金屬仍保留殘余電阻率。 Pt Ag Fe Au W 29 Al Zr 100 Ni Mo 11 空位和間隙原子對電阻率的 影響和雜質(zhì)原子的影響相似，其影響大小是同一數(shù)量級。 20 Ge 12 AgO 20 70177。 鐵磁性金屬電阻 溫度反常是由于鐵磁性金屬內(nèi)參與自發(fā)磁化的 d及 s殼層電子云相互作用引起的 。 Fe: 6 103 ℃ 1, Co: 103 ℃ 1, Ni: 103 ℃ 1 ? ?TT ??? ?? 10??銻、鉀、鈉熔化時電阻率變化曲線 ?金屬熔體的電阻反常 金屬熔化時晶體結構遭到破壞，導電性能急劇下降，電阻增加。 常用的非過渡族金屬的德拜溫度一般不超過 500K。?? ? ???????? ?????????TTefFefFenmenm2222??? ??? T (一 )電阻率與溫度的關系 : ?一般規(guī)律：溫度升高，電阻率增大。 電阻：電子波運動的阻力，即電子波會遭到散射。載流子可以是電子、空穴，也可以是正離子、負離子 金屬 —— 電子 無機材料 —— 電子（空穴）、離子（空穴）。 (s/m) ?? 1?? EJ?電 導 G :表示整個物體導電能力大小的物理量 RG1?SLR ??表 1. 常見材料的電阻率 （ 108Ωm） 材料 Ag Cu Al Fe Mn 電阻率 260 電子類載流子導電 金屬導電機制 V e + + + + _ _ _ _ ???lnmenme2222 ??FFefeflnmenme??? *2*222 ??FFefeflnmenme??? 2222??電阻產(chǎn)生原因 : 當電子波在絕對零度下通過一個完整的晶體點陣時 ， 將不受到散射而無阻礙地傳播 。 ????可見 散射系數(shù) μ和電阻率 ρ成正比。若晶體中存在雜質(zhì)和結構缺陷 ， 電阻與溫度的關系曲線將發(fā)生變化 （ 注意三條曲線絕對 0度時的電阻率 ） ?不同溫度區(qū)間電阻率與溫度的關系 聲子 ：聲子就是晶格振動的能量量子。 這是點陣畸變造成的殘留電阻所引起， 即 ρ ’為殘留電阻率。 ?金屬熔體的電阻反常 溫度對具有磁性轉(zhuǎn)變金屬電阻溫度系數(shù)的影響 (a)鐵磁性金屬 (b)金屬鎳 磁性材料電阻溫度系數(shù) α （ dρ/dT ） 特殊，居里點處最大。 壓力對金屬電阻的影響 (a) (b)正常元素 (c)反常元素 元素 p極限 / GPa ρ/(μΩ 半導體單晶體的電阻值就是根據(jù)這個原則進行人為控制的 。 冷加工金屬退火后，消除晶格缺陷，電阻率可恢復。 ，最大電阻率不在 50%原子濃度處，而偏向過渡族組元方向。溶劑金屬的電阻 C為雜質(zhì)原子含量 表示雜質(zhì)原子為 1%時引起的附加電阻率 ?? 實驗證明 ， 除過渡族金屬外 ， 在同一溶劑中溶人 1％ 原子溶質(zhì)金屬所引起的電阻率增加 ， 由溶劑和溶質(zhì)金屬的價數(shù)而定 ， 它們的價數(shù)差愈大 ， 增加的電阻率愈大 ， 其數(shù)學表達式為 Δρ＝ a+b(ΔZ)2 式中： a、 b是常數(shù)； ΔZ表示低濃度合金溶劑和溶質(zhì)間的價數(shù)差 。 起因 — 固溶體不均勻組織 ： “ 相內(nèi)分解 ” 導致了不均勻組織 ， 不形成固定的相 ， 但會發(fā)生聚集 （ ～ 1000個原子 ） 。 但是 ， 計算多相合金的電阻率十分困難 ， 因為電阻率對于組織是敏感的 。 （ 高溫下顯著 ） ?第二類 ， 雜質(zhì)電導 ， 由固定較弱的離子運動造成 （ 較低溫度下雜質(zhì)電導顯著 ） 提供 載流子由晶體本身 熱缺陷 —— 弗侖克爾缺陷 肖特基缺陷 （ 1）固有電導（本征電導） 晶體的溫度較高時，一些能量較高的離子脫離格點 形成“間隙離子”，或跑到晶體表面形成新的結點， 原來的位置形成空位，從而破壞晶格的完整性，這種 與溫度有關 的缺陷稱之為晶體的熱缺陷。常溫下由于 kT比起 E來很小 ， 因而只有在高溫下 ， 熱缺陷的濃度才顯著增大 ， 即 本征電導在高溫下顯著 。23