【正文】 但加工性能差，焊接性能不好。這種超高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性的同時(shí)獲得是過去在任何材料中均無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。 電氣接觸的永久可靠性。 ③ 超導(dǎo)技術(shù)在電子工程方面的應(yīng)用 用超導(dǎo)技術(shù)制成各種儀器 ， 具有靈敏度高 、 噪聲低 、 反應(yīng)快 、 損耗小等特點(diǎn) ， 如用超導(dǎo)量子干涉儀可確定地?zé)?、 石油 、 各種礦藏的位置和儲(chǔ)量 ， 并可用于地震預(yù)報(bào) 。 轉(zhuǎn)變寬度 T?高溫超導(dǎo)體的電子顯微鏡圖象 物質(zhì)為什么會(huì)有超導(dǎo)現(xiàn)象？－－－ BCS理論 巴丁（左）、庫(kù)珀、施里弗（右） 1957年巴?。?)、庫(kù)珀（ )和施里弗（ )提出一個(gè)超導(dǎo)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(chǎng)與外加磁場(chǎng)之和 超過超導(dǎo)體的臨界磁場(chǎng) Bc時(shí)，則超導(dǎo)態(tài)被 破壞。 1987年 2月 20日 中國(guó)物理學(xué)家 趙忠賢 獲得 110 K的超導(dǎo)材料； 1987年 3月 3日 日本宣布發(fā)現(xiàn) 123K超導(dǎo)體。 1957年 , , BCS 理論的超導(dǎo)微觀理論，第一個(gè)成功地解釋了超導(dǎo)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(dá)到一定值的外界條件 （ 如電場(chǎng) 、 光 、 溫度等 ）時(shí) ， 就呈現(xiàn)出半導(dǎo)體電性能 ， 稱之為非晶態(tài)半導(dǎo)體材料 ，也叫玻璃態(tài)半導(dǎo)體 。 3） 三元化合物半導(dǎo)體 以 A1GaAs和 GaAsP為代表的三元化合物半導(dǎo)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(dǎo)體材料；SrTiO3是超導(dǎo)電性半導(dǎo)體材料 ， 在氧欠缺的條件下 ， 它表現(xiàn)出超導(dǎo)電性 。 所以高摻雜時(shí) ， 遷移率隨溫度變化較小 。電導(dǎo)率的一般表達(dá)式為 該式反映電導(dǎo)率的微觀本質(zhì)，即 宏觀電導(dǎo)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(guān)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(zhǎng) ， 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(fèi)密分布函數(shù)計(jì)算方法算出參加導(dǎo)電的電子和空穴數(shù)目。 該能級(jí)稱 受主能級(jí) 。 Ⅴ 族元素占據(jù)硅原子的位置： Ⅴ 族元素有 5個(gè)價(jià)電子，其中的四個(gè)價(jià)電子與周圍的四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，還剩余一個(gè)電子，同時(shí) Ⅴ 族原子所在處也多余一個(gè)正電荷，稱為正離子中心，所以，一個(gè) Ⅴ 族原子取代一個(gè)硅原子，其效果是形成一個(gè)正電中心和一個(gè)多余的電子。 空穴 可見本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì) 。 能帶理論證明 ， 當(dāng)價(jià)帶中波矢量為 k的狀態(tài)空著時(shí) （ 不滿?導(dǎo)電 ） ， 價(jià)帶中實(shí)際存在的那些電子所引起的電流密度 j可以用一個(gè)攜帶電荷 +q以速度 v(k)運(yùn)動(dòng)的假想粒子引起的電流密度來(lái)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(jià)低 ， 因而晶格中有相當(dāng)數(shù)量的 氧空位 ， 缺陷濃度可到 15%。這是因?yàn)殡x子半徑過大時(shí)，其遷移能力變差；而離子半徑過小會(huì)使正離子在電導(dǎo)通道中作漩渦式的迅速移動(dòng)，也會(huì)阻礙其運(yùn)動(dòng)。 快離子導(dǎo)體的特性： 從實(shí)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(dòng)離子 ；（ 2） 晶格中應(yīng)包含能量近似相等 ， 而數(shù)目遠(yuǎn)比傳導(dǎo)離子數(shù)目為多并可容納傳導(dǎo)離子的 間隙位 ； （ 3） 可動(dòng)離子可駐留的間隙位之間 勢(shì)壘不能太高 ， 以使傳導(dǎo)離子在間隙位之間可以比較容易躍遷 。 當(dāng)晶體處于快離子相時(shí) ， 不運(yùn)動(dòng)離子構(gòu)成骨架 ， 為運(yùn)動(dòng)離子的運(yùn)動(dòng)提供通道 。 低溫下，雜質(zhì)電導(dǎo)占主要地位 高溫下，本征電導(dǎo)起主要作用 （ 2） . 離子性質(zhì)及晶體結(jié)構(gòu)的影響 電導(dǎo)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(jié)構(gòu)有關(guān) 。 存在電場(chǎng) 不存在電場(chǎng) 一維情況 ， 離子越過位壘 V（ 能量臺(tái)階 ） 的幾率 （ 量綱 S－ 1） ]e xp [ kTVhkTP ?? ? 加上電場(chǎng) E，沿電場(chǎng)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(chǎng)反方向位壘增高 Fb/2，向左的跨越幾率為 結(jié)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(chǎng)強(qiáng)度不是很大的情況下 kTFb ??21kTPFbPPbv2)(2??? ??一般情況下，電場(chǎng)不會(huì)很大，電流正比于電場(chǎng)強(qiáng)度 若電場(chǎng)很大 ( )，第一項(xiàng)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(cè)） 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(dǎo)的測(cè)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(yàn)電阻公式吻合，表明該理論比較正確的描述了離子電導(dǎo) TBAlog ??? 由熱力學(xué)第二定律 （ 把一些不可以直接測(cè)量的物理量 ， 通過數(shù)學(xué)描述表示為可以直接測(cè)量的物理量 ， 由此檢驗(yàn)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(dǎo)率將是多種載流子遷移的總體表現(xiàn) 根據(jù)此式，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定直流電導(dǎo)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(dǎo) 間隙離子的運(yùn)動(dòng)勢(shì)場(chǎng) 離子電導(dǎo)理論 離子導(dǎo)電性是離子類載流子電場(chǎng)作用下，通過材料的長(zhǎng)距離遷移。 因?yàn)殡s質(zhì)離子的存在，不僅增加了載流子數(shù)目，而且使點(diǎn)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(yùn)動(dòng)能量運(yùn)動(dòng)到外面新的一層格點(diǎn)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(jié)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(dǎo)電率相近 (比值為 ～ )， 那么 ， 當(dāng)合金處于平衡狀態(tài)時(shí) ， 其電導(dǎo)率 ， 可以認(rèn)為與組元的體積分?jǐn)?shù)成直線關(guān)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(dǎo)率； φ α 、φ β 為各相的體積分?jǐn)?shù)，并且 φ α +φ β ＝ 1。 （五）熱處理對(duì)導(dǎo)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(fù) ，電阻降低 。 二是有序化使點(diǎn)陣規(guī)律性加強(qiáng) ， 晶體的離子勢(shì)場(chǎng)在有序化時(shí)變得更對(duì)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(shì)場(chǎng)的周期性，增加了對(duì)電子的散射作用，從而增大了電阻。當(dāng)溫度降低到 0K時(shí)，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(duì)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(jí)。 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(shí)電阻率變化曲線 ?金屬熔體的電阻反常 金屬熔化時(shí)晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)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(guān)系 : ?一般規(guī)律：溫度升高，電阻率增大。 電阻：電子波運(yùn)動(dòng)的阻力，即電子波會(huì)遭到散射。載流子可以是電子、空穴，也可以是正離子、負(fù)離子 金屬 —— 電子 無(wú)機(jī)材料 —— 電子（空穴）、離子（空穴）。 (s/m) ?? 1?? EJ?電 導(dǎo) G :表示整個(gè)物體導(dǎo)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(dǎo)電 金屬導(dǎo)電機(jī)制 V e + + + + _ _ _ _ ???lnmenme2222 ??FFefeflnmenme??? *2*222 ??FFefeflnmenme??? 2222??電阻產(chǎn)生原因 : 當(dāng)電子波在絕對(duì)零度下通過一個(gè)完整的晶體點(diǎn)陣時(shí) ， 將不受到散射而無(wú)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(jié)構(gòu)缺陷 ， 電阻與溫度的關(guān)系曲線將發(fā)生變化 （ 注意三條曲線絕對(duì) 0度時(shí)的電阻率 ） ?不同溫度區(qū)間電阻率與溫度的關(guān)系 聲子 ：聲子就是晶格振動(dòng)的能量量子。 這是點(diǎn)陣畸變?cè)斐傻臍埩綦娮杷穑? 即 ρ ’為殘留電阻率。 ?金屬熔體的電阻反常 溫度對(duì)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(diǎn)處最大。 壓力對(duì)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(dǎo)體單晶體的電阻值就是根據(jù)這個(gè)原則進(jìn)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(fù)。 ，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(shí)引起的附加電阻率 ?? 實(shí)驗(yàn)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(jià)數(shù)而定 ， 它們的價(jià)數(shù)差愈大 ， 增加的電阻率愈大 ， 其數(shù)學(xué)表達(dá)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(jià)數(shù)差 。 起因 — 固溶體不均勻組織 ： “ 相內(nèi)分解 ” 導(dǎo)致了不均勻組織 ， 不形成固定的相 ， 但會(huì)發(fā)生聚集 （ ～ 1000個(gè)原子 ） 。 但是 ， 計(jì)算多相合金的電阻率十分困難 ， 因?yàn)殡娮杪蕦?duì)于組織是敏感的 。 （ 高溫下顯著 ） ?第二類 ， 雜質(zhì)電導(dǎo) ， 由固定較弱的離子運(yùn)動(dòng)造成 （ 較低溫度下雜質(zhì)電導(dǎo)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(dǎo)（本征電導(dǎo)） 晶體的溫度較高時(shí)，一些能量較高的離子脫離格點(diǎn) 形成“間隙離子”，或跑到晶體表面形成新的結(jié)點(diǎn)， 原來(lái)的位置形成空位，從而破壞晶格的完整性，這種 與溫度有關(guān) 的缺陷稱之為晶體的熱缺陷。常溫下由于 kT比起 E來(lái)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(dǎo)在高溫下顯著 。23