【正文】 9。設勢阱間距 b，則勢壘變化為Fb/2 = zeEb/2（ z為離子電量）， F為 作用在離子上的力。 在 高溫下 (曲線 2)，本征電導 起主要作用 。 離子晶體中陽離子電荷和半徑對電導的影響 (3) 晶格缺陷的影響 離子晶體要具有離子電導的特性，必須具備兩個條件： ； 。如：穩(wěn)定型 ZrO2中氧的脫離形成氧空位，同時產(chǎn)生電子性缺陷。 ?導電相在一定的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的性能，為區(qū)分正常 離子固體，將具有這種性能的材料稱為快離子導體。m)1。 ? 這類材料的導電行為是 極端各向異性 的，垂直于 c方向的電導率比于 c方向的電導率大得多。制造半導體器件的半導體材料的純度要達 %，常稱為“九個 9” 。 這一現(xiàn)象稱為 本征激發(fā) ， 也稱 熱激發(fā) 。 自由電子 帶負電荷 逆電場運動 電子流 ＋總電流 載流子 空穴 帶正電荷 順電場運動 空穴流 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 自由電子 E ＋ － 導電機制 雜質(zhì)半導體 (１ ) n型半導體 四價的本征半導體 Si、 Ｇｅ等 ， 摻入少量五價的雜質(zhì)（ impurity） 元素 （ 如 P、 As等 ） 形成電子型半導體 量子力學表明 ， 這種摻雜后多余的電子的能級在禁帶中緊靠空帶處 , ?ED～ 102eV， 極易形成電子導電 。 ? 施主能級位于離導帶低很近的禁帶中 ? 雜質(zhì)原子間的相互作用可忽略，某一種雜質(zhì)的施主能級是一些具有相同能量的孤立能級。 施主能級位于離價帶頂很近的禁帶中 雜質(zhì)原子間的相互作用可忽略，某一種雜質(zhì)的受主能級是一些具有相同能量的孤立能級。 載流子濃度與溫度 T 和禁帶寬度 Eg 有關。電場作用下電子的運動稱為漂移運動。 遷移率與溫度 T具有 T3/2的關系 。 二元化合物半導體有許多為元素半導體所不具有的性質(zhì) ， 開辟了應用的新領域 。 Sb2Te3— Bi2Te3和 Bi2Se3— Bi2Te3是較好的溫差電材料 。 （邁斯納）和 ，處在 超導態(tài)的物體完全排斥磁場，即磁力線不能進入超導體內(nèi)部， 這一特征叫 完全抗磁性（邁斯納效應）。 中國科學院物理研究所由趙忠賢 、 陳立泉領導的研究 組 ， 獲得了 48． 6K的鍶鑭銅氧系超導體 ， 并看到這類 物質(zhì)有在 70K發(fā)生轉(zhuǎn)變的跡象 。 Tc與樣品純度無關，但是越 均勻純凈的樣品超導轉(zhuǎn)變時的電阻陡降越 尖銳。 超導體的分類 R/R0 T/K 臨界溫度 低溫下汞的電阻溫度關系 第 II類超導體 除金屬元素釩 、 锝和鈮外 ， 第 II類超導體主要包括金屬化合物及其合金 。 ① 在電力工程方面的應用 超導輸電在原則上可以做到?jīng)]有焦耳熱的損耗 ， 因而可節(jié)省大量能源；超導線圈用于發(fā)電機和電動機可以大大提高工作效率 、 降低損耗 ， 從而導致電工領域的重大變革 。 精確制導武器的發(fā)射 另外還有電子對抗、雷達等方面的應用研究。 ? 常用于導體生產(chǎn)的銅材料： ? ETP銅，或者 Cua1，含氧量在 200到300ppm之間。 電阻－溫度線性比錳銅好，可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，其最高使用溫度可達400C，而且耐腐蝕性，耐熱性均比錳銅好。 常用純金屬有 Fe、 Co、 Ni 等 電阻的測量方法很多，一般都是根據(jù)測量的需要利用具體的測試條件來選擇不同的測試方法。 金及金合金 良好的導電性，極強的抗蝕能力 主要用途：作為金膜或金的合金膜用于集成電路中布線，芯片粘結，半導體封裝等 銀及銀合金 具有最高的電導率 主要用途：觸點材料 二、電阻材料 精密電阻材料 特點： 恒定的高電阻率，電阻溫度系數(shù)小，電阻隨時間的變化小，機械性能和加工性能好，容易焊接，耐腐蝕，抗氧化，有一定的耐熱性。 有時，材料的基本特征不足以滿足上述特性，必須增加鍍層以改善材料性能。 ⑤ 超導技術在軍事上的應用 超導儲能裝置在定向武器上的應用使定向武器發(fā)生飛躍的發(fā)展；超導發(fā)電機 、 推進器在飛機上的應用可大大提高飛機的生存能力；在航海中的應用 ， 可大大減小甚至沒有噪音 ， 推進速度快 ， 可大大提高艦艇的生存 、 作戰(zhàn)能力；超導計算機應用于指揮系統(tǒng) ， 可使作戰(zhàn)指揮能力迅速改善提高等 。 當溫度大于臨界溫度時，熱運動使庫珀對分散為正常電子，超導態(tài)轉(zhuǎn)為正常態(tài)。 其特征是由正常態(tài)過渡到超導態(tài)時沒有中間態(tài) ， 并且具有完全抗磁性 。 很快日本鹿兒島 大學工學部發(fā)現(xiàn)由鑭 、 鍶 、 銅 、 氧組成的陶瓷材 料在 14℃ 溫度下存在超導跡 象 。 1986年 （陶 瓷材料），是超導的，其轉(zhuǎn)變溫度在 30K以上，叫高溫超 導體。 6）有機半導體 1913年 卡茂林－昂內(nèi)斯在諾貝爾領獎演說中指出：低溫下金屬電阻 的消失 “ 不是逐漸的 ， 而是突然的 ” ， 水銀在 4． 2K進入了一 種新狀態(tài) ， 由于它的特殊導電性能 ， 可以稱為 “ 超導態(tài) ” ； 超導體 超導電現(xiàn)象 －－有些物質(zhì)從特定的溫度開始會轉(zhuǎn)變 為完全沒有電阻的狀態(tài)。 例如 Ge— Si固溶體 Eg的變化范圍約在~， GaAs— GaP固溶體 Eg變化范圍約在 ~。 硒是最早使用的，而硅和鍺是當前最重要的半導體材料，尤其是硅材料由于具有許多優(yōu)良持性，絕大多數(shù)半導體器件都是用硅材料制作的。 在 T=300K時， Si的 μe= 1400 cm2/V/s, μp= 500 cm2/V/s Ge的 μe= 3900 cm2/V/s, μp= 1900 cm2/V/s 遷移率和溫度的關系 (1)晶格散射 溫度越高 ， 晶格振動越強 ， 對載流子的散射也將增強 。 通常一塊半導體材料中往往同時含有兩種類型的雜質(zhì) ，這時半導體的性質(zhì)主要取決于 摻雜濃度高的雜質(zhì) 。 空穴占據(jù)狀態(tài)的幾率以函數(shù) 1－ f(E)給出 。 受主雜質(zhì)未電離時是中性的 ， 電離 后成為負電中心 。施主雜質(zhì)未電離時是中性的 ， 電離后成為正電中心 。 電子空穴對的濃度一定 。 ΔE g2eV 導帶（空帶） 滿帶 半導體的能帶結構 T=0K時，滿帶和空帶之間存在禁帶，但禁帶較窄； T0K時 ,滿帶上的一個電子躍遷到空帶后 ,滿帶中出現(xiàn)一個空位 。 快離子導體材料 快離子導體材料的應用 作為固體電解質(zhì) 鈉硫電池 高溫燃料電池 低能量電池 固體離子器件 氧傳感器 電化學器件 βAl2O3 5001000 ℃ 手表、心臟起搏器 精密電子儀器 環(huán)境監(jiān)測保護 煉鋼 可變電阻器、濕度計、 壓敏元件、氣敏傳感器等 半導體 本征半導體 本征半導體 是指 純凈的、不含任何雜質(zhì)和缺陷的 半導體。晶胞中陽離子采取立方堆積，鋁離子處在八面體和四面體間隙位置上。 快離子導體的分類 （ 2） 從材料的應用領域 ： 儲能類 、 傳感器類 （ 3） 按使用溫度 ： 高溫快離子導體 、 低溫快離子導體 重要的快離子導體舉例 ?銀和銅的鹵化物及硫化物 如 AgI， 當溫度高于 146oC時 ， 結構為 α相 ， 低于 146oC時為 β相 。 ?快離子導體既保持固態(tài)特點，又具有與熔融強電解質(zhì)或強 電解質(zhì)水溶液相比擬的離子電導率。 和 V’’A)] ii)不等價固溶摻雜形成晶格缺陷。 一價陽離子尺寸小 ，電荷少 ， 活化能低 ， 電導率高；相反 ， 高價正離子 ， 價鍵強 ， 活化能高 ， 故遷移率較低 。 在 低溫下 (曲線 1)雜質(zhì)電導 占主要地位 。 在多晶陶瓷材料中，晶界堿金屬離子的遷移是離子導電機制的主體。39。 ②摻雜使點陣發(fā)生畸變，引起晶格上結點的能量變化，雜質(zhì)離子離解活化能變小。 離子晶體導電機理 離子類載流子 電導機理 玻璃的導電機理 離子結構的可動性 ?與熱運動有關的本征電導 ?與雜質(zhì)原子有關的雜質(zhì)電導 離子晶體的離子電導主要有兩類 ： ?第一類 ， 固有離子電導 （ 本征電導 ） ， 源于晶體點陣的基本離子的運動 。 淬火溫度愈高空位濃度愈高 ， 則殘余電阻率就越大 。 CuAu合金的電阻 淬火后無序固溶體的電阻率曲線 退火后形成的有序固溶體的電阻率曲線 僅由溫度決定的那部分電阻率 ③ 不均勻固溶體的電阻反常 在含過渡族金屬的合 金 中 ， 如鎳 鉻 、鎳 — 銅 — 鋅 、 鐵 — 鉻 —鋁 、 鐵 — 鎳 — 鉬 、 銀 —錳等合金中微結構分析表明合金是單相的 ， 但在回火過程中發(fā)現(xiàn)合金電阻反常升高；而且冷加工會降低合金電阻率 。 低濃度下固溶體的電阻率 服從馬西森定律。 位錯空位 ??? ?????mn BA ??? ???Pt, n＝ , m= W, n=, m= A， B：常數(shù)； ε：變形量 n, m=0~2 范比倫關系（ Van Beuren） nC ?? ??考慮到空位、位錯的影響 C：常數(shù) n:02 (四 )合金化對導電性的影響 ① 一般固溶體的導電性 ?一般規(guī)律：當形成固溶體時合金的電導率降低，電阻率增高。 (2)冷加工使金屬的電阻率增大 現(xiàn)象 ：冷加工（冷軋 /鍛、冷沖、冷拔等）后，一般金屬電阻率上升 26%，變形量越大，電阻率越高； 特例， W 3050%， Mo 15－ 20％ 原因 ：冷加工直接造成晶格畸變，產(chǎn)生大量位錯、空位，增加電子散射幾率。 研究晶體缺陷對電阻率的影響 ， 對于估價單晶體結構完整性有重要意義 。 正常 金屬元素：電阻率隨壓力增大而下降； （ 鐵 、鈷 、 鎳 、 鈀 、 鉑 、 銥 、 銅 、 銀 、 金 、 鋯 、 鉿等 ） 反常 金屬元素：堿金屬 、 堿土金屬 、 稀土金屬和第V族的半金屬 ， 它們有正的電阻壓力系數(shù) ， 但隨壓力升高一定值后系數(shù)變號 。 原因：熔化時金屬原子規(guī)則排列遭到破壞 ， 增強了對電子的散射 。32(1 DTT ???? ? 聲電?)2(3 2 KTT ??? ? 電電??在德拜溫度以上，可以認為電子是完全自由的，金屬的電阻取決于離子的熱振動。 ?隨溫度的升高金屬的電阻率也增加 。 若金屬中含有少量雜質(zhì) ， 雜質(zhì)原子使金屬晶格發(fā)生畸變 ，破壞晶體點陣的完整性 ， 引起額外的散射 。 (Ω ?電阻率 ρ ： 與幾何尺寸無關，僅取決于導體材料的本性。即電子的波矢由 k k′ 可定義為散射系數(shù)，記為 因此電阻率為 Fl1 ???? 22enmefF?? 對于金屬而言 ， 溫度升高離子熱振動的振幅愈大 ， 電子就愈易受到散射 ， 故可認為 μ與溫度成正比 ， 則 ρ也就與溫度成正比 ， 這就是金屬的電阻隨溫度升高而增大的原因 。 V _ _ _ _ + + + + e 低溫下雜質(zhì)、晶體缺陷對金屬電阻的影響 1——理想金屬晶體 ρ=ρ(T) 2——含有雜質(zhì)金屬 ρ=ρ0+ρ(T) 3——含有晶體缺陷 ρ=ρ0’+ρ(T) ?絕對零度下 ， 純凈又無缺陷的金屬 ，其電阻率等于零 。(2 5 DTT ????? ? 聲電?)。 大多數(shù)金屬在熔化成液態(tài)時電阻約 增大 .如 K,Na等 。 ?Ρ 0：真空條件下電阻率， ?P：壓力， ?Φ ：壓力 系數(shù)（負值， 105106） 大部分金屬受壓力情況下電阻率下降。 ? 根據(jù)馬西森定律 ， 在極低溫度下 ， 純金屬電阻率主要由其內(nèi)部缺陷 (包括雜質(zhì)原子 )決定 ， 即由剩余電阻率決定 。 主要研究點缺陷對電阻率的影響。 Δρ (位錯）是電子在位錯處散射引起電阻率的增加值，這部分電阻經(jīng)回復和再結晶后消失。 AuAg合金電阻率與成分的關系 CuPd,AgPd,AuPd合金電阻率與成分的關系 因為價電子轉(zhuǎn)移到過渡