【正文】 9。設(shè)勢(shì)阱間距 b，則勢(shì)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(dǎo) 起主要作用 。 離子晶體中陽(yáng)離子電荷和半徑對(duì)電導(dǎo)的影響 (3) 晶格缺陷的影響 離子晶體要具有離子電導(dǎo)的特性，必須具備兩個(gè)條件： ； 。如：穩(wěn)定型 ZrO2中氧的脫離形成氧空位，同時(shí)產(chǎn)生電子性缺陷。 ?導(dǎo)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(dǎo)體。m)1。 ? 這類材料的導(dǎo)電行為是 極端各向異性 的，垂直于 c方向的電導(dǎo)率比于 c方向的電導(dǎo)率大得多。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá) %，常稱為“九個(gè) 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(fù)電荷 逆電場(chǎng)運(yùn)動(dòng) 電子流 ＋總電流 載流子 空穴 帶正電荷 順電場(chǎng)運(yùn)動(dòng) 空穴流 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 自由電子 E ＋ － 導(dǎo)電機(jī)制 雜質(zhì)半導(dǎo)體 (１ ) n型半導(dǎo)體 四價(jià)的本征半導(dǎo)體 Si、 Ｇｅ等 ， 摻入少量五價(jià)的雜質(zhì)（ impurity） 元素 （ 如 P、 As等 ） 形成電子型半導(dǎo)體 量子力學(xué)表明 ， 這種摻雜后多余的電子的能級(jí)在禁帶中緊靠空帶處 , ?ED～ 102eV， 極易形成電子導(dǎo)電 。 ? 施主能級(jí)位于離導(dǎo)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(jí)是一些具有相同能量的孤立能級(jí)。 施主能級(jí)位于離價(jià)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(jí)是一些具有相同能量的孤立能級(jí)。 載流子濃度與溫度 T 和禁帶寬度 Eg 有關(guān)。電場(chǎng)作用下電子的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。 遷移率與溫度 T具有 T3/2的關(guān)系 。 二元化合物半導(dǎo)體有許多為元素半導(dǎo)體所不具有的性質(zhì) ， 開(kāi)辟了應(yīng)用的新領(lǐng)域 。 Sb2Te3— Bi2Te3和 Bi2Se3— Bi2Te3是較好的溫差電材料 。 （邁斯納）和 ，處在 超導(dǎo)態(tài)的物體完全排斥磁場(chǎng)，即磁力線不能進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部， 這一特征叫 完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）。 中國(guó)科學(xué)院物理研究所由趙忠賢 、 陳立泉領(lǐng)導(dǎo)的研究 組 ， 獲得了 48． 6K的鍶鑭銅氧系超導(dǎo)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(wú)關(guān)，但是越 均勻純凈的樣品超導(dǎo)轉(zhuǎn)變時(shí)的電阻陡降越 尖銳。 超導(dǎo)體的分類 R/R0 T/K 臨界溫度 低溫下汞的電阻溫度關(guān)系 第 II類超導(dǎo)體 除金屬元素釩 、 锝和鈮外 ， 第 II類超導(dǎo)體主要包括金屬化合物及其合金 。 ① 在電力工程方面的應(yīng)用 超導(dǎo)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(dǎo)線圈用于發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)可以大大提高工作效率 、 降低損耗 ， 從而導(dǎo)致電工領(lǐng)域的重大變革 。 精確制導(dǎo)武器的發(fā)射 另外還有電子對(duì)抗、雷達(dá)等方面的應(yīng)用研究。 ? 常用于導(dǎo)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(dá)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(cè)量方法很多，一般都是根據(jù)測(cè)量的需要利用具體的測(cè)試條件來(lái)選擇不同的測(cè)試方法。 金及金合金 良好的導(dǎo)電性，極強(qiáng)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(jié)，半導(dǎo)體封裝等 銀及銀合金 具有最高的電導(dǎo)率 主要用途：觸點(diǎn)材料 二、電阻材料 精密電阻材料 特點(diǎn)： 恒定的高電阻率，電阻溫度系數(shù)小，電阻隨時(shí)間的變化小，機(jī)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(shí)，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(dǎo)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用 超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置在定向武器上的應(yīng)用使定向武器發(fā)生飛躍的發(fā)展；超導(dǎo)發(fā)電機(jī) 、 推進(jìn)器在飛機(jī)上的應(yīng)用可大大提高飛機(jī)的生存能力；在航海中的應(yīng)用 ， 可大大減小甚至沒(méi)有噪音 ， 推進(jìn)速度快 ， 可大大提高艦艇的生存 、 作戰(zhàn)能力；超導(dǎo)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于指揮系統(tǒng) ， 可使作戰(zhàn)指揮能力迅速改善提高等 。 當(dāng)溫度大于臨界溫度時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)使庫(kù)珀對(duì)分散為正常電子，超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)為正常態(tài)。 其特征是由正常態(tài)過(guò)渡到超導(dǎo)態(tài)時(shí)沒(méi)有中間態(tài) ， 并且具有完全抗磁性 。 很快日本鹿兒島 大學(xué)工學(xué)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(dǎo)跡 象 。 1986年 （陶 瓷材料），是超導(dǎo)的，其轉(zhuǎn)變溫度在 30K以上，叫高溫超 導(dǎo)體。 6）有機(jī)半導(dǎo)體 1913年 卡茂林－昂內(nèi)斯在諾貝爾領(lǐng)獎(jiǎng)演說(shuō)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(jìn)入了一 種新?tīng)顟B(tài) ， 由于它的特殊導(dǎo)電性能 ， 可以稱為 “ 超導(dǎo)態(tài) ” ； 超導(dǎo)體 超導(dǎo)電現(xiàn)象 －－有些物質(zhì)從特定的溫度開(kāi)始會(huì)轉(zhuǎn)變 為完全沒(méi)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(dāng)前最重要的半導(dǎo)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(dǎo)體器件都是用硅材料制作的。 在 T=300K時(shí)， 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(guān)系 (1)晶格散射 溫度越高 ， 晶格振動(dòng)越強(qiáng) ， 對(duì)載流子的散射也將增強(qiáng) 。 通常一塊半導(dǎo)體材料中往往同時(shí)含有兩種類型的雜質(zhì) ，這時(shí)半導(dǎo)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(shí)是中性的 ， 電離 后成為負(fù)電中心 。施主雜質(zhì)未電離時(shí)是中性的 ， 電離后成為正電中心 。 電子空穴對(duì)的濃度一定 。 ΔE g2eV 導(dǎo)帶（空帶） 滿帶 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) T=0K時(shí)，滿帶和空帶之間存在禁帶，但禁帶較窄； T0K時(shí) ,滿帶上的一個(gè)電子躍遷到空帶后 ,滿帶中出現(xiàn)一個(gè)空位 。 快離子導(dǎo)體材料 快離子導(dǎo)體材料的應(yīng)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(xué)器件 βAl2O3 5001000 ℃ 手表、心臟起搏器 精密電子儀器 環(huán)境監(jiān)測(cè)保護(hù) 煉鋼 可變電阻器、濕度計(jì)、 壓敏元件、氣敏傳感器等 半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體 是指 純凈的、不含任何雜質(zhì)和缺陷的 半導(dǎo)體。晶胞中陽(yáng)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(dǎo)體的分類 （ 2） 從材料的應(yīng)用領(lǐng)域 ： 儲(chǔ)能類 、 傳感器類 （ 3） 按使用溫度 ： 高溫快離子導(dǎo)體 、 低溫快離子導(dǎo)體 重要的快離子導(dǎo)體舉例 ?銀和銅的鹵化物及硫化物 如 AgI， 當(dāng)溫度高于 146oC時(shí) ， 結(jié)構(gòu)為 α相 ， 低于 146oC時(shí)為 β相 。 ?快離子導(dǎo)體既保持固態(tài)特點(diǎn)，又具有與熔融強(qiáng)電解質(zhì)或強(qiáng) 電解質(zhì)水溶液相比擬的離子電導(dǎo)率。 和 V’’A)] ii)不等價(jià)固溶摻雜形成晶格缺陷。 一價(jià)陽(yáng)離子尺寸小 ，電荷少 ， 活化能低 ， 電導(dǎo)率高；相反 ， 高價(jià)正離子 ， 價(jià)鍵強(qiáng) ， 活化能高 ， 故遷移率較低 。 在 低溫下 (曲線 1)雜質(zhì)電導(dǎo) 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(dǎo)電機(jī)制的主體。39。 ②摻雜使點(diǎn)陣發(fā)生畸變，引起晶格上結(jié)點(diǎn)的能量變化，雜質(zhì)離子離解活化能變小。 離子晶體導(dǎo)電機(jī)理 離子類載流子 電導(dǎo)機(jī)理 玻璃的導(dǎo)電機(jī)理 離子結(jié)構(gòu)的可動(dòng)性 ?與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的本征電導(dǎo) ?與雜質(zhì)原子有關(guān)的雜質(zhì)電導(dǎo) 離子晶體的離子電導(dǎo)主要有兩類 ： ?第一類 ， 固有離子電導(dǎo) （ 本征電導(dǎo) ） ， 源于晶體點(diǎn)陣的基本離子的運(yùn)動(dòng) 。 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(wú)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(guò)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(jié)構(gòu)分析表明合金是單相的 ， 但在回火過(guò)程中發(fā)現(xiàn)合金電阻反常升高；而且冷加工會(huì)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(cuò)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(guān)系（ Van Beuren） nC ?? ??考慮到空位、位錯(cuò)的影響 C：常數(shù) n:02 (四 )合金化對(duì)導(dǎo)電性的影響 ① 一般固溶體的導(dǎo)電性 ?一般規(guī)律：當(dāng)形成固溶體時(shí)合金的電導(dǎo)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(cuò)、空位，增加電子散射幾率。 研究晶體缺陷對(duì)電阻率的影響 ， 對(duì)于估價(jià)單晶體結(jié)構(gòu)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(hào) 。 原因：熔化時(shí)金屬原子規(guī)則排列遭到破壞 ， 增強(qiáng)了對(duì)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(rèn)為電子是完全自由的，金屬的電阻取決于離子的熱振動(dòng)。 ?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(diǎn)陣的完整性 ， 引起額外的散射 。 (Ω ?電阻率 ρ ： 與幾何尺寸無(wú)關(guān)，僅取決于導(dǎo)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(duì)于金屬而言 ， 溫度升高離子熱振動(dòng)的振幅愈大 ， 電子就愈易受到散射 ， 故可認(rèn)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(duì)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(duì)零度下 ， 純凈又無(wú)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(shí)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(fù)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(diǎn)缺陷對(duì)電阻率的影響。 Δρ (位錯(cuò)）是電子在位錯(cuò)處散射引起電阻率的增加值，這部分電阻經(jīng)回復(fù)和再結(jié)晶后消失。 AuAg合金電阻率與成分的關(guān)系 CuPd,AgPd,AuPd合金電阻率與成分的關(guān)系 因?yàn)閮r(jià)電子轉(zhuǎn)移到過(guò)渡