【正文】 性關(guān)系 ， 在居里點溫度附近更加明顯 。 ?不同類型的晶體缺陷對金屬電阻率的影響程度不同。過渡族金屬組成固溶體后，其電阻值顯著提高。 聚集尺寸與電子自由程相當(dāng) ， 增加散射幾率 ， 提高合金電阻率 。 ?弗侖克爾缺陷： 一定溫度下，格點原子在平衡位置附近振動，其中某些原子能夠獲得較大的熱運動能量， 克服周圍原子化學(xué)鍵束縛而擠入晶體原子間的空隙位置，形成間隙原子， 原先所處的位置相應(yīng)成為空位。3232???? ?????? ?????新的載流子 雜質(zhì)離子的存在： ①摻雜可形成載流子，同時形成新的載流子。 因為熱運動能量的增高 ， 使本征電導(dǎo)的載流子數(shù)顯著增多 。 大多數(shù)情況下，材料的電導(dǎo)率為所有載流子電導(dǎo)率的總和。 α –AgI為體心立方結(jié)構(gòu) ， 結(jié)構(gòu)中 I離子占據(jù)立方體頂點和體心位置 ， Ag+無序地處在負(fù)離子配位多面體的各種間隙位置上 ， 相鄰間隙間的勢壘很小 ， 晶格中形成正離子通道 ， 正離子可以在這些位置間移動 。 電子導(dǎo)電 …… 半導(dǎo)體的載流子是電子 空穴導(dǎo)電 …… 半導(dǎo)體的載流子是空穴 什么是空穴？ 當(dāng)價帶附近的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶后 ， 價帶中就留下一些空狀態(tài) 。 該能級稱為 施主能級。 Ea 滿帶 空帶 受主能級 Eg ??a B Si Si Si Si Si Si Si Si 在 p型半導(dǎo)體中 空穴 …… 多數(shù)載流子 電子 …… 少數(shù)載流子 dEEZEfdN )()(?? ?222222 22 zyxk kkkmmkE ???? ??金屬自由電子能量 半導(dǎo)體電子 /空穴能量 ? ?222*22 zyxee kkkmE ???? ? ?222*22 zyxhh kkkmE ????分布在 E?E+dE的電子數(shù) 量子力學(xué)已經(jīng)證明 ， 半導(dǎo)體中電子能量 (Ee)或空穴能量 (Eh)表達(dá)式與金屬中自由電子能量表達(dá)式形式上完全相同 ， 只是其中自由電子的質(zhì)量用有效質(zhì)量代替 。 xv xx vmP ?電子漂移獲得的動量： 0/ ??? ?xx vmeE電場力和碰撞作用力平衡： xxx EEmev ?? ???xxxx EmneEnevneJ )( 2?? ???電子的遷移率 載流子在單位電場中的遷移速度 電子在電場作用下，沿 x方向做漂移運動。 III— V族半導(dǎo)體主要由 III族元素 Al， Ga， In與 V族元素P， As， Sb所組成 ， 應(yīng)用最廣的是 GaAs， 還有 GaP， InP等已成為微波 、 光電器件的基礎(chǔ)材料 ， 人們可以根據(jù)要求來選擇不同的 III— V族材料 。 1950年 （弗羅列希）提出了電子間通過聲子相互作用作 為超導(dǎo)電性的微觀機制。 ?臨界磁場強度 Bc： 當(dāng)磁場超過 Bc時，材料就從超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)? 正常態(tài)。 超導(dǎo)體的應(yīng)用 超導(dǎo)變壓器 超導(dǎo)電機 超導(dǎo)限流器 ② 超導(dǎo)技術(shù)在交通運輸方面的應(yīng)用 利用超導(dǎo)體產(chǎn)生的強磁場可以研制成磁懸浮列車 ， 車輛不受地面阻力的影響 ， 可高速運行 ， 車速達(dá) 500 km/h以上 ， 若讓超導(dǎo)磁懸浮列車在真空中運行 ， 車速可達(dá) 1600 km/h。 ? m 無氧銅，無氧銅或者 Cuc1，含氧量極低（最多 20ppm），能夠防止加熱過程中的氫脆。 （ 2）熱敏電阻材料 要求：電阻率較小，電阻溫度系數(shù)大，電阻溫度曲線線性好， 抗氧化性、耐腐蝕和加工性能好。 銅及銅合金 導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，塑性高，機械強度好，易加工和焊接，易提煉 鈹青銅 超高純銅 主要用途：電彈簧、電刷、插頭 只有幾種元素能夠滿足這些特性，其中主要為自然界中儲量豐富的銅、鋁（以及他們的合金）。 庫珀對作為整體與晶格作用 ， 因此一個電子若從晶體得到動量 ， 則另一個電子必失去動量 ，作為整體 ， 不與晶格交換動量 ， 也不交換能量 ，能自由地通過晶格 ， 因此沒有電阻 。 1987年 3月 9號 日本宣布獲得 175 K的超導(dǎo)材料； 1987年 3月 中國科技大學(xué)獲得 215 K的超導(dǎo)材料； 1987年 12月 30 美國休斯敦大學(xué)宣布 ， 美籍華裔科學(xué)家朱經(jīng)武 又將超導(dǎo)溫度提高到 40． 2℃ . 1987年 3月 27日 美國華裔科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)在氧化物超導(dǎo)材料中有 轉(zhuǎn)變溫度為 240K的超導(dǎo)跡象 。 有一些有機物也具有半導(dǎo)體性質(zhì) ， 研究表明在固態(tài)電子器件中將會發(fā)揮其作用 。 元素半導(dǎo)體 結(jié)晶態(tài)半導(dǎo)體 化合物半導(dǎo)體 無機半導(dǎo)體 固溶體半導(dǎo)體 半導(dǎo)體 非晶態(tài)半導(dǎo)體 有機半導(dǎo)體 半導(dǎo)體材料的分類 1） 元素半導(dǎo)體 在元素周期表中介于金屬和非金屬之間具有半導(dǎo)體性質(zhì)的元素有十二種 ， 但是其中具備實用價值的元素半導(dǎo)體材料只有 硅 、 鍺和硒 。 從這里我們也可以理解 ， 為什么通常的電子器件不能在高溫下使用的原因之一就是在較高溫度下本征激發(fā)了 ， 導(dǎo)致器件失效 。 硅 、 鍺中的 Ⅲ 族雜質(zhì) ， 能夠接受電子而在價帶中產(chǎn)生空穴 ， 并形成負(fù)電中心 ， 稱為受主雜質(zhì)或 P型雜質(zhì) ， 摻有 P型雜質(zhì)的半導(dǎo)體叫 P型半導(dǎo)體 。 與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象 ——復(fù)合 在一定溫度下 ， 本征激發(fā)和復(fù)合同時進(jìn)行 ， 達(dá)到動態(tài)平衡 。 ? 螢石結(jié)構(gòu)中的氧離子空位在晶格中雜亂分布，由此引起的電導(dǎo)率在本質(zhì)上是各向同性的。 快離子導(dǎo)體材料 按照導(dǎo)電離子分類 1. 銀、銅離子導(dǎo)體 2. 鈉離子導(dǎo)體 3. 鋰離子導(dǎo)體 4. 氫離子導(dǎo)體（質(zhì)子導(dǎo)體） 5. 氧離子導(dǎo)體 快離子導(dǎo)體材料分類 （ 1） 根據(jù)傳導(dǎo)離子種類 ： 陽離子導(dǎo)體 ：銀離子、銅離子、鈉離子、鋰離子、氫離子等； 陰離子導(dǎo)體 ：氟離子、氧離子。 在外電場存在時 ，其所產(chǎn)生的電流密度為： J2= ? E = ? ?V/ ?x 擴散與離子電導(dǎo) 總電流密度 : Jt=－ Dq ?n/ ?x－ ? ?V/ ?x 在熱平衡狀態(tài)下 總電流為零， 根據(jù)波爾茲曼能量分布 : n=n0exp(－ qV/kT) 得： ?n/ ?x=－ qn/kT ?V/ ?x ?=D nq2/kT 離子導(dǎo)電的影響因素 離子電導(dǎo)與溫度的關(guān)系 (1) 溫度的影響 呈指數(shù)關(guān)系，隨溫度升高，電導(dǎo)率按指數(shù)規(guī)律迅速增大。 如在 Al2O3晶體中摻入 MgO或 TiO2雜質(zhì)： OAlAlOAlOOAlOAlOVTiT i OOVMgMg O6332239。從離子型晶體看可以分為二種情況。 無序合金 （ 淬火態(tài) ） 同一般合金電阻率的變化規(guī)律相似 ，有序合金的電阻率比無序合金的電阻率低得多；當(dāng)溫度高于有序 無序轉(zhuǎn)變溫度 ， 有序合金的有序態(tài)被破壞 ， 轉(zhuǎn)為無序態(tài) ， 電阻率明顯上升 。 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(fù)和再結(jié)晶后消失。 ? 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 。 大多數(shù)金屬在熔化成液態(tài)時電阻約 增大 .如 K,Na等 。 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 。 ?電阻率 ρ ： 與幾何尺寸無關(guān)，僅取決于導(dǎo)體材料的本性。 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 。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。 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 。 (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。 低濃度下固溶體的電阻率 服從馬西森定律。 淬火溫度愈高空位濃度愈高 ， 則殘余電阻率就越大 。 ②摻雜使點陣發(fā)生畸變，引起晶格上結(jié)點的能量變化，雜質(zhì)離子離解活化能變小。 在多晶陶瓷材料中，晶界堿金屬離子的遷移是離子導(dǎo)電機制的主體。 一價陽離子尺寸小 ，電荷少 ， 活化能低 ， 電導(dǎo)率高；相反 ， 高價正離子 ， 價鍵強 ， 活化能高 ， 故遷移率較低 。 ?快離子導(dǎo)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(dǎo)率。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。 ΔE g2eV 導(dǎo)帶（空帶） 滿帶 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 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 。施主雜質(zhì)未電離時是中性的 ， 電離后成為正電中心 。 空穴占據(jù)狀態(tài)的幾率以函數(shù) 1－ f(E)給出 。 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(guān)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 。 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 ~。 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。 其特征是由正常態(tài)過渡到超導(dǎo)態(tài)時沒有中間態(tài) ， 并且具有完全抗磁性 。 ⑤ 超導(dǎo)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用 超導(dǎo)儲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 、 推進(jìn)器在飛機上的應(yīng)用可大大提高飛機的生存能力；在航海中的應(yīng)用 ， 可大大減小甚至沒有噪音 ， 推進(jìn)速度快 ， 可大大提高艦艇的生存 、 作戰(zhàn)能力；超導(dǎo)計算機應(yīng)用于指揮系統(tǒng) ， 可使作戰(zhàn)指揮能力迅速改善提高等 。 金及金合金 良好的導(dǎo)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(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。 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。 精確制導(dǎo)武器的發(fā)射 另外還有電子對抗、雷達(dá)等方面的應(yīng)用研究。 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 。 中國科學(xué)院物理研究所由趙忠賢 、 陳立泉領(lǐng)導(dǎo)的研