材料的電導性能(編輯修改稿)
2024-09-01 07:49 本頁面
【文章內容簡介】 征電導起主要作用 (曲線 2) 。 ? (2)離子性質及晶體結構 ? 關鍵點：電導率隨著電導活化能指數規(guī)律變化，而活化能大小反映離子的固定程度，它與晶體結構有關。熔點高的晶體，活化能高，電導率低。 ? a)離子半徑：一般負離子半徑小，結合力大，因而活化能也大； ? b)陽離子電荷，電價高，結合力大，因而活化能也大； ? c)堆積程度，結合愈緊密，可供移動的離子數目就少，且移動也要困難些，可導致較低的電導率。 ? (3)晶體缺陷 ? 離子晶格缺陷濃度大并參與電導。故離子性晶格缺陷的生成及其濃度大小是決定離子電導的關鍵所在。 固體材料的電導 ? 玻璃態(tài)電導 ? (1)含堿玻璃的電導特性 ? 在含有堿金屬離子的玻璃中，基本上表現為離子電導。玻璃體的結構比晶體疏松，堿金屬離子能夠穿過大于其原子大小的距離而遷移，同時克服一些位壘。玻璃體與晶體不同是，堿金屬離子的能阱不是單一的數值，而是有高有低，這些位壘的體積平均值就是載流子的活化能。 大多數固體材料為多晶多相材料，其顯微結構往往較為復雜，由晶粒、玻璃相、氣孔等組成。多晶多相材料的電導比起單晶和均質材料要復雜得多。 ? (a)堿金屬含量不大時， σ與堿金屬含量呈直線關系，堿金屬只增加離子數目；但堿金屬含量超過一定限度時， σ與堿金屬含量呈指數關系，這是因為堿金屬含量的增加破壞了玻璃的網絡，而使玻璃結構更加松散，因而活化能降低， 導電率指數式上升。 ? (b) 雙堿效應 ? 應用條件：當堿金屬離子總濃度較大時 （ 占玻璃2530%） ， 在堿金屬離子總濃度相同情況下 ， 含兩種堿比含一種堿的電導率要小 ， 比例恰當時 ， 可降到最低 (降低 4～ 5個數量級 )。 (3)壓堿效應 ? 含堿玻璃中加入二價金屬氧化物，尤其是重金屬氧化物，可使玻璃電導率降低，這是因為二價離子與玻璃體中氧離子結合比較牢固，能嵌入玻璃網絡結構，以致堵住了離子的遷移通道，使堿金屬離子移動困難， 從而減小了玻璃的電導率。也可這樣理解，二價金屬離子的加入，加強玻璃的網絡形成，從而降低了堿金屬離子的遷移能力。 ? 半導體玻璃作為新型材料非常引人注目： ? （ 1）金屬氧化物玻璃（ SiO2等）； ? （ 2）硫屬化物玻璃（ S,Se,Te等與金屬的化合物）； ? （ 3） Ge,Si,Se等元素非晶態(tài)半導體。 （ 2）玻璃半導體 電子電導 (半導體 ) ?導電的前提：在外界能量 (如熱、輻射 )、價帶中的電子獲得能量躍遷到導帶中去； ?導電機制：電子與空穴。 載流子濃度 (1)晶體的能帶結構 ?(2)本征半導體中的載流子濃度 ?本征電導：載流子由半導體晶格本身提供，是由熱激發(fā)產生的，其濃度與溫度呈指數關系。導帶中的電子導電和價帶中的空穴導電同時存在，載流子電子和空穴的濃度是相等的。 本征半導體的導電機理 +4 +4 +4 +4 在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結果相當于空穴的遷移，而空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流子。 本征半導體中存在數量相等的兩種載流子，即自由電子 和 空穴 。 ? (3)雜質半導體中的載流子濃度 ? 雜質對半導體的導電性能影響很大 ， 例如 ， 單晶硅中摻(1/10萬 )硼 ， 導電能力將增大 1000倍 。 雜質半導體可分為 n型 (可提供電子 )和 p型 (會吸收電子 ， 造成空穴 )。 ? 施主能級 ? 在四價的 Si單晶中摻入五價的雜質砷，一個砷原子外層有五個電子，取代一個硅原子后，其中四個同相鄰的四個硅原子形成共價鍵，還多出一個電子，它離導帶很近，只差E1 = ，為硅禁帶寬度的 5%，很容易激發(fā)到導帶中去。這種 “ 多余 ” 電子的雜質能級稱為施主能級， n型半導體。 多余 電子 磷原子 N 型半導體中的載流子是什么？ 由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。 本征半導體中成對產生的電子和空穴。 摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為 多數載流子 （ 多子 ），空穴稱為 少數載流子 （ 少子 ）。 +4 +4 +5 +4 ?受主能級 ? 若在 Si中摻入第三族元素 (
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