【正文】 主要應(yīng)用：電器回路中的電阻部件和電子線路中的電阻器件 （ 1） CuMn系 錳銅： Cu86％、 Mn12％ Ni2％ Mn的作用：提高電阻率，降低電阻溫度系數(shù) （ 2） CuNi系 康銅： Cu60％、 Ni40％ Ni的作用：降低合金對(duì)銅的熱電勢(shì)，改善電阻溫度系數(shù)并提高耐腐蝕性能。 利用超導(dǎo)技術(shù)可以提高導(dǎo)彈命中目標(biāo)的精度，也可以擊毀來襲的導(dǎo)彈；現(xiàn)代戰(zhàn)爭的 精確制導(dǎo)武器 ，以及 導(dǎo)彈攔截系統(tǒng) 都離不開超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用。 第 I類超導(dǎo)體由于其臨界電流密度和臨界磁場(chǎng)較低 ， 因而沒有很好的實(shí)用價(jià)值 。 1987年 1月 日本川崎國立分子研究所將超導(dǎo)溫度提高到 43K；不久 日本綜合電子研究所又將超導(dǎo)溫度提高到 46K和 53K。所以可以利用 GaAs1xPx， 隨 x變化而作出能發(fā)不同波長的發(fā)光二極管 。 在低摻雜半導(dǎo)體中 ， 遷移率隨溫度升高而大幅度下降 。 可得到價(jià)帶的空穴數(shù)為 N h 232* )/2(2 hkTmN hv ??對(duì)本征半導(dǎo)體， he NN ?? ? kTENkTEEN FvFgc /)e x p (/)(e x p ????)/l n(432 ** ehgF mmkTEE ??費(fèi)密能級(jí)位于禁帶中央 )2ex p (2/31kTETKNN ghe ???其中 K1= 1015 K3/2 ,T為絕對(duì)溫度， k為玻爾茲曼常數(shù)。 ? 被施主雜質(zhì)束縛的電子的能量狀態(tài)稱為施主能級(jí) ED。 滿 帶 空 帶 h? Eg 相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)帶正電的粒子(稱為 “ 空穴 ” ),把電子抵消了 . 電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的。 A+和氧層連接在一起，這種疏松的連接層是無序的，它提供了原子通道，使晶格中的 A離子很容易移動(dòng)。 ?結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同于正常態(tài)離子固體，介于正常態(tài)與熔融態(tài)的 中間相 固體的離子導(dǎo)電相。 （ 3） 結(jié)構(gòu)緊密的離子晶體 ， 由于可供移動(dòng)的間隙小 ， 則間隙離子遷移困難 ， 即其活化能高 ， 因而電導(dǎo)率小 。 ?根據(jù) 波爾茲曼統(tǒng)計(jì) ，在溫度 T時(shí)，粒子具有能量為 V的幾率和exp(－ V/kT)呈正比例； ?間 隙離子在間隙處的熱振動(dòng)具有一定的頻率 kT/h，即單位時(shí)間內(nèi)間隙 離 子試圖越過勢(shì)壘的次數(shù)為 kT/h ； ? 單位時(shí)間內(nèi)間隙 離 子越過勢(shì)壘的次數(shù)（幾率）為： P = α kT/h exp(－ V/kT) 基本知識(shí) 在外電場(chǎng)存在時(shí)，間隙離子的勢(shì)壘變化 V 位置 X 能量 b V Fb 1/2Fb 加上電場(chǎng)后，與電場(chǎng)同向勢(shì)壘降低，反向升高。 高溫下 : 離子晶體的電導(dǎo)主要由熱缺陷濃度決定 低溫下 : 離子晶體的電導(dǎo)主要由雜質(zhì)載流子濃度決定 熱缺陷的濃度決定于溫度 T和 缺陷形成能 (或 離解能 ) E。 各種處理過程對(duì)材料電阻率的影響： (1) 金屬中的雜質(zhì)和缺陷是增加了還是減少了？ (2) 金屬結(jié)構(gòu)的畸變是增大了還是減小了？ (3) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)，顯微組織是否發(fā)生了變化？ 新的組織結(jié)構(gòu)怎樣影響電阻率的變化趨勢(shì)？ (4) 金屬原子間的鍵合方式有什么變化？起傳導(dǎo)作 用的自由電子是增加了還是減少了 ? (a)連續(xù)固溶體 (b)多相合金 ?多相合金電阻 多相合金的電阻率應(yīng)當(dāng)是組成相電阻率的組合 。 說明： 馬西森定律正確的前提是： （ 1）合金元素不改變金屬的能帶結(jié)構(gòu)； （ 2）合金元素的加入不引起德拜特征溫度的改變； ????? ????? C00 39。冷加工使原子間距有所改變，也會(huì)對(duì)電阻率產(chǎn)生一定影響。 研究表明 ， 這種反常現(xiàn)象和壓力作用下的相變有關(guān) 。此時(shí)，純金屬的電阻率與溫度關(guān)系為 ?當(dāng)溫度較低（低于 ΘD ）時(shí)，則應(yīng)考慮振動(dòng)原子與導(dǎo)電電子之間的相互作用 ?當(dāng)溫度接近于 0K時(shí)（ T2K），電子的散射主要是電子與電子間的相互作用，而不是電子與離子之間的相互作用，并應(yīng)以 ρ∝T 2的規(guī)律趨于零，但對(duì)大多數(shù)金屬，此時(shí)的電阻率表現(xiàn)為一常數(shù)，ρ ＝ ρ ’。 與雜質(zhì)濃度成正比 ， 與溫度無關(guān) 。 半導(dǎo)體 —— 電子（空穴） 表征材料電性能的主要參量 ?電 阻 R：不僅與導(dǎo)體的性質(zhì)有關(guān)，還與樣品的幾何尺寸有關(guān) 。 盡管溫度對(duì)有效電子數(shù)和電子平均速度幾乎沒有影響，然而溫度升高會(huì)使晶格振動(dòng)加劇，瞬間偏離平衡位置的原子數(shù)增加，偏離理想晶格的程度加大，使電子運(yùn)動(dòng)的自由程減小，散射幾率增加導(dǎo)致電阻率增大。 Sb半金屬，熔化時(shí)導(dǎo)電性急劇增大。 20 I 22 500 一些半導(dǎo)體和絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體的壓力極限 _ _ _ _ + + + + V e (1)晶體缺陷使金屬的電阻率增加 (三 ).冷加工和缺陷對(duì)電阻率的影響 空位、間隙原子以及它們組成、位錯(cuò)等晶體缺陷使金屬電阻率增加。 如果認(rèn)為冷加工變形所引起的電阻率增加是由于晶格畸變、晶體缺陷所致， 則增加的電阻率可表示為： Δρ (空位）表示電子在空位處散射引起電阻率的增加值，當(dāng)退火溫度足以使空位擴(kuò)散時(shí)，這部分電阻將消失。 通常情況下 ， 第二個(gè)因素占優(yōu)勢(shì) 固溶體發(fā)生有序化時(shí)，其電阻率將明顯降低。 離子類載流子導(dǎo)電 離子電導(dǎo)是帶電荷的離子載流子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。和本征電導(dǎo)不同， 在低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要是雜質(zhì)電導(dǎo)。 能斯脫 愛因斯坦方程：（推導(dǎo)思路） 在材料內(nèi)部存在載流子濃度梯度 ，由此形成載流子的定向運(yùn)動(dòng)，形成的電流密度 (單位面積流過的電流強(qiáng)度）為： J1=－ Dq ?n/ ?x n載流子單位體積濃度： x擴(kuò)散方向； q離子的電荷量； D擴(kuò)散系數(shù)。 ）與弗侖克爾缺陷（ A i （ 4） 可容納傳導(dǎo)離子的間隙位應(yīng)彼此互相連接 ， 間隙位的分布應(yīng)取共面多面體 ， 構(gòu)成一個(gè)立體間隙網(wǎng)絡(luò) ， 其中擁有貫穿晶格始末的離子通道以傳輸可動(dòng)離子 。 氧離子空位的移動(dòng)類似于導(dǎo)電離子的移動(dòng) ， 材料的氧離子遷移數(shù)接近于 子躍遷距離大于離子間隔 ， 晶格中的氧很容易快速遷移 ， 遷移激活能低 。 外加能量越高（ 溫度越高 ） ， 產(chǎn)生的電子空穴對(duì)越多 。 Ⅲ 族元素占據(jù)了硅原子的位置： Ⅲ 族元素有 3個(gè)價(jià)電子，它與周圍的四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，還缺少一個(gè)電子，于是在硅晶體的共價(jià)鍵中產(chǎn)生了一個(gè)空穴，而 Ⅲ 族原子接受一個(gè)電子后所在處形成一個(gè)負(fù)離子中心，所以，一個(gè) Ⅲ 族原子取代一個(gè)硅原子，其效果是形成一個(gè)負(fù)電中心和一個(gè)空穴 空穴束縛在 Ⅲ 族原子附近 ， 但這種束縛很弱很小的能量就可使空穴擺脫束縛 ， 成為在晶格中自由運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)電空穴 ， 而 Ⅲ 族原子形成一個(gè)不能移動(dòng)的負(fù)電中心 。 因此 ， 高溫時(shí) ， 即使是摻雜半導(dǎo)體 ， 由于本征激發(fā)將占主導(dǎo)地位 ， 使總體上將表現(xiàn)出本征半導(dǎo)體的特點(diǎn) 。 在高溫或者低雜質(zhì)密度時(shí)晶格散射起主要作用；當(dāng)雜質(zhì)密度高時(shí) ， 雜質(zhì)散射起主要作用 。 非晶態(tài)半導(dǎo)體材料在開關(guān)元件 、 記憶元件 、 固體顯示 、 熱敏電阻和太陽能電池等的應(yīng)用方面都有令人鼓舞的前景 。 1987年 3月 12日 中國北京大學(xué)成功地用液氮進(jìn)行超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)。 從正常態(tài)到超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變非常迅速，因此人們?cè)O(shè)想這種變化應(yīng)該是電子態(tài)的轉(zhuǎn)變，因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量小、反應(yīng)快； 處在超導(dǎo)態(tài)的電子 ， 不是單獨(dú)一個(gè)個(gè)存在的 ，而是配成庫珀對(duì)存在的 ， 配對(duì)的電子 ， 其自旋方向相反 ， 動(dòng)量的大小相等而方向相反 ， 總動(dòng)量為零 。 便于使用和回收。 敏感電阻材料 （ 1）應(yīng)變電阻材料 應(yīng)變－電阻效應(yīng) 經(jīng)受外力作用（拉伸或壓縮）的金屬材料將會(huì)發(fā)生變形而使其電阻也發(fā)生相應(yīng)的變化，其電阻值變化量與所受外力引起的變形量是成比例的，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變－電阻效應(yīng) 應(yīng)變電阻材料的特點(diǎn)： (a) 具有高的、穩(wěn)定的電阻率．在工作溫度范圍內(nèi)具有低的、穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)，以及大的應(yīng)變靈敏度系數(shù) K（ K＝△ L/L)，并在較大范圍內(nèi)不隨溫度變化； 主要用途：電阻應(yīng)變片或傳感器，用來測(cè)量力（或重量）位移，壓力扭距，加速度等 高溫： FeCrAl系和 Pt－ W系絲材 中溫及低溫：康銅和 Ni－ Cr改良型的箔材為主 (b)在拉伸或壓縮時(shí)， K值相向或相差很小，不氧化，線膨脹系數(shù)等于或略高于被測(cè)件的線膨脹系數(shù)； (c)有良好的機(jī)械性能，強(qiáng)度高．蠕變小，容易加工和焊接等 。 采用脈沖電解沉積技術(shù)制備出具有高密度納米尺寸生長孿晶的純銅薄膜，通過工藝過程研究調(diào)整樣品的晶粒尺寸、孿晶厚度及其分布、織構(gòu)狀態(tài)等，獲得了具有超高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性的純銅樣品，其拉伸強(qiáng)度高達(dá) 1068MPa（是普通純銅的 10倍以上，達(dá)到高強(qiáng)度鋼或銅晶須的強(qiáng)度水平），而室溫電導(dǎo)率與無氧高導(dǎo)（ OFHC）銅相當(dāng)（ 97%IACS）。 利用超導(dǎo)體制成無摩擦軸承 ， 用于發(fā)射火箭 ， 可將發(fā)射速度提高 3倍以上 。不同超導(dǎo)體的 Bc不同，并且是溫 度的函數(shù)。 1956年 Cooper提出超導(dǎo)態(tài)中的電子是兩兩束縛在一起的，而不是 普通導(dǎo)體中的自由電子。 II— VI族半導(dǎo)體主要指由 II族元素 Zn， Cd， Hg和 VI族元素 S， Se， Te所組成 ， 主要用來制作微光電器件 ， 紅外器件和光電池 ， 在國防上有重要用途 。 ?? neEJxx ??電子電導(dǎo)率： )( heii en ??? ??本征半導(dǎo)體電導(dǎo)率： 載流子的 遷移率的物理意義 為：載流子在單位電場(chǎng)中的遷移速度。 即 導(dǎo)帶里的電子有不同質(zhì)量，其行為和自由電子一樣。 當(dāng)純凈的半導(dǎo)體摻入適量的雜質(zhì)時(shí)，也可以提供載流子，其導(dǎo)電性能有很大的改善 (增大 )，導(dǎo)電機(jī)理也有所不同，這種半導(dǎo)體為雜質(zhì)半導(dǎo)體。 為方便起見 ， 把價(jià)帶中的每個(gè)空狀態(tài)看成是一個(gè)假想的粒子 ， 稱為空穴 。 Ag在 AgI晶胞中的位置 ?具有 βAl2O3結(jié)構(gòu)的氧化物 ? 一價(jià) A離子的半徑過大或過小均會(huì)引起電導(dǎo)率的下降。 總電導(dǎo)率為： σ=σ i+σ e 快離子導(dǎo)體材料 ?電導(dǎo)率 σi高達(dá) 10S/m，激活能小于 eV； ?傳導(dǎo)特性：導(dǎo)電過程伴隨物質(zhì)的遷移 ?晶體結(jié)構(gòu)：亞晶格液態(tài)模型理論 快離子導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖 具有離子導(dǎo)電的固體物質(zhì)稱為 固體電解質(zhì) 電導(dǎo)率較正常的離子化合物高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，成為 快離子導(dǎo)體 （ Fastion－ conductor） 快離子導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制（模型）： 晶體由兩種亞晶格組成 ， 一種是不運(yùn)動(dòng)離子亞晶格 ， 一種是運(yùn)動(dòng)離子亞晶格 。 這兩種不同的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) ， 使曲線出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折點(diǎn) A。 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。這種 間隙原子和空位成對(duì)出現(xiàn) 的缺陷稱為弗侖克爾缺陷。 冷加工將破壞這種不均勻組織并得到普通無序的固溶體 ， 導(dǎo)致合金電阻率隨冷變形量增加而降低 。 對(duì)于連續(xù)固溶體，當(dāng)組元 A溶入組元 B時(shí)，電阻由 B組元的電阻值逐漸增大至極大值后再逐漸減小到 A組元的電阻值。 1％原子空位濃度或 1 ％原子間隙原子：點(diǎn)缺陷（ Ω ? Cm/原子百分?jǐn)?shù)） 單位體積中位錯(cuò)線的單位長度：線缺陷（ Ω ? Cm ? cm3 ） 單位體積中晶界的單位面積：面缺陷（ Ω ? Cm ? cm2 ? cm3 ） 所引起的電阻率變化表征對(duì)金屬電阻率的影響 空位、位錯(cuò)對(duì)一些金屬電阻率的影響 金屬 (Δρ 位錯(cuò) /Δ N 位錯(cuò) )/ (1019Ω .) (Δρ 空位 /C空位 ) /(106Ω . Cm/原子百分?jǐn)?shù) ) 金屬 (Δρ 位錯(cuò) /Δ N 位錯(cuò) )/ (1019Ω . ) (Δρ 空位 /C空位 )/ (106Ω .Cm/ 原子百分?jǐn)?shù) ) Cu 。 如圖 ，鎳金屬的電阻溫度系數(shù)隨著溫度的升高而不斷增大 ， 過了居里溫度后開始明顯降低 。由德拜理論，原子熱振動(dòng)的特征在兩個(gè)溫度區(qū)域存在本質(zhì)的差別，劃分這兩個(gè)區(qū)域的溫度稱為德拜溫度 或特征溫度。 這樣 ， 電子波在這些地方發(fā)生不相干散射而產(chǎn)生電阻 ， 降低導(dǎo)電性 。 這時(shí) ρ＝ 0， 而 σ為無窮大 ， 即此時(shí)的材料是一個(gè)理想的導(dǎo)體 由于溫度引起的離子運(yùn)動(dòng) (熱振動(dòng) )振幅的變化 (通常用振幅的均方值表示 )， 以及晶體中異類原子 、 位錯(cuò) 、 點(diǎn)缺陷等都會(huì)使 理想晶體點(diǎn)陣的周期性遭到破壞 。 ??)21( ?? nE德拜溫度 ：點(diǎn)陣的熱振動(dòng)在不同溫區(qū)存在差異。 ?反常情況：鐵磁金屬 過渡族金屬 ， 特別是鐵磁性金屬的電阻率與溫度明顯偏離線