第四章材料电学性能(材料科学基础).pptVIP

4-3 材料的电学性能(electrical property) 交变电场——介电性质 弱电场 —— 导电性质 强电场 —— 击穿现象 材料表面—— 静电现象 2、 电导率(electrical conductivity) (1)电导是指真实电荷在电场作用下在介质中的迁移，它是衡量材料电导能力的表观物理量。 单位：S. m-1, 即：（Ω.m）-1 R = ?L/S = L/σS ⑵根据电导率对材料的分类 （３）　决定电导率的基本参数 parameters 电导率与两个基本参数相关，即载流子密度和载流子迁移率 载流子 charge carrier—— 电子、空穴、正离子、负离子 载流子数 charge carrier density----n, 个/m3 载流子迁移率 electron mobility ( 其物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度) 即：μ=ν/E 单位为m2/(v.s) 电流密度 （单位时间（1s）通过单位截面积的电荷量） J＝nqv n：单位体积内的载流子数；q：每一载流子的荷电量； v：每一载流子在Ｅ方向发生漂移的平均速度（m/s） 电导率 σ= J/E = nqv／E = nqμ （2）绝缘体 insulator 半导体的导电性能取决于传导电子数和空穴数。掺入的杂质的种类和数量可控制半导体的导电类型和电导率。 本征半导体：在外界能量作用下电子从满带激发到导带从而具有半导体性质，属于电子和空穴的混合导电。温度越高，从满带激发至导带的电子数就越多，导带或满带中的载流子数就越大，导电性就越好。 杂质半导体： 在硅晶体中掺磷后，磷原子很容易贡献出一个电子进入导带，使硅晶体成为电子型导电。每个杂质磷原子能提供一个参与导电的电子，故称为施主。施主失去电子后成为正离子，其正电荷显然是被束缚的，不能自由移动。施主能级靠近导带的下缘。 在硅晶体中加入三价元素硼，则硼原子与相邻的四个硅原子以共价键结合时，尚缺少一个电子。此时硅的满带中的电子由于热激发很容易到达硼原子处，填补所缺的电子。满带中就产生了一个空穴，这个空穴可自由移动，是能导电的自由载流子。由于硼原子很容易吸收满带中的电子，故把硼原子称为受主。所以掺硼的硅半导体是空穴型导电。受主原子获得额外的电子后成为负离子，其负电荷也是束缚电荷。受主能级靠近满带的上缘。 4-3-4 材料的超导电性(superconductivity) 1、 超导电性——在一定低温下材料突然失去电阻的现象 （小于目前所能检测的最小电阻率10-25Ω·cm） 3 、三个性能指标 超导转变温度Tc　　超导体低于某一温度Ｔc时， 　　　　　　　　便出现完全导电和迈斯纳效应等基本特性。 　　　　　　　　超导材料转变温度越高越好，越有利于应用。 临界磁场Hc ? 破坏超导态的最小磁场。 随温度降低，Hc将增加； 当T＜Tc时, Hc=Hc,0[1-（T/Tc)2] 临界电流密度Jc 保持超导状态的最大输入 电流 (与Hc相关） 随着外磁场增加，Jc必须相应减小，以使 它们的总和不超过Hc值，从而保持超导态 以上三个性能指标是相互关联的。 4-3-5 材料的介电性(dielectric property) 1．介质极化、电容、介电常数 真空电容 Co=Qo/V ＝ε0 A/ l 介质中电容 C＝Q/V=εA/l ε。真空电容率(或真空介电常数)，8．85xl0-12 F／m ε 介质的电容率（或介电常数） （3）介电损耗 电介质在交变电场作用下，由于发热而消耗的能量称为介电损耗。 产生介电损耗的原因有两个：一是电介质中微量杂质而引起的漏导电流，另一个原因是电介质在电场中发生极化取向时，由于极化取向与外加电场有相位差而产生的极化电流损耗，这是主要原因。 在通常情况下，只有极性材料才有明显的介电损耗。对非极性材料，极性杂质常常是介电损耗的主要原因。 特征击穿：表征材料介电击穿的一种本性。它是材料在纯净无缺陷情况下所