材料的電導說課材料.ppt

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1、材料的電導2、載流子無機材料中的載流子可以是電子（負電子，空穴），離子（正、負離子，空位）。載流子為離子的電導為離子電導，載流子為電子的電導為電子電導。3、霍爾效應Halleffect電子電導的特征是具有霍爾效應。沿試樣x軸方向通入電流I（電流密度Jx），Z軸方向加一磁場Hz，那么在y軸方向上將產生一電場Ey，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應。式中的RH稱為霍爾系數(Hallcoefficient)，它表示霍爾效應的強弱。JxEyHz霍爾系數RH=μ*ρ對于半導體材料：n型：p型：霍爾遷移率霍爾效應的產生是由于電子在磁場作用下，產生橫向移動的結果，離

2、子的質量比電子大得多，磁場作用力不足以使它產生橫向位移，因而純離子電導不呈現(xiàn)霍爾效應。JxEyHz利用霍爾效應可檢驗材料是否存在電子電導。4、電解效應（離子電導特征）離子電導的特征是存在電解效應。離子的遷移伴隨著一定的質量變化，離子在電極附近發(fā)生電子得失，產生新的物質，這就是電解現(xiàn)象。可以檢驗陶瓷材料是否存在離子電導，并且可以判定載流子是正離子還是負離子。法拉第電解定律：g——電解物質的量Q——通過的電量C——電化當量F——法拉第常數5.遷移率和電導率的一般表達式物體的導電現(xiàn)象，其微觀本質是載流子在電場作用下的定向遷移。設單位截面積為，在

3、單位體積內載流子數為，每一載流子的電荷量為，則單位體積內參加導電的自由電荷為。如果介質處在外電場中，則作用于每一個載流子的力等于。在這個力的作用下，每一載流子在方向發(fā)生漂移，其平均速度為。容易看出，單位時間（1s）通過單位截面的電荷量為其物理意義為載流子在單位電場中的遷移速度。第二節(jié)離子電導一.離子電導類型(ionicconduction)離子電導固有離子電導（或本征電導）離子自身隨著熱振動離開晶格形成熱缺陷。源于晶體點陣的基本離子的運動（高溫）雜質電導雜質離子是弱聯(lián)系離子，所以在較低溫度下雜質電導表現(xiàn)得顯著。固定較弱的離子的運動造成的（

4、主要是雜質離子）10二．載流子濃度1.對于固有電導(本征電導intrinsicconduction)載流子由晶體本身熱缺陷——弗侖克爾缺陷和肖特基缺陷提供。1)弗侖克爾缺陷濃度弗侖克爾缺陷的填隙離子和空位的濃度是相等的，都可表示為2)肖特基空位濃度式中N為單位體積內離子對的數目,Es為離解散一個陰離子和一個陽離子并到達表面所需要的能量。3）討論熱缺陷的濃度（N）決定于溫度T和離解散能E。（a）常溫下，T小，kT＜＜E，所以N??；高溫下，T大，kT↑，N也↑，所以固有電導也顯著（b）E與晶體結構有關在離子晶體中，肖特基缺陷形成能＜弗侖克爾缺

5、陷形成能。2．雜質電導因為雜質離子的存在，不僅增加了電流載體數，而且使點陣發(fā)生畸變，雜質離子離解活化能變小。在低溫下，離子晶體的電導主要由雜質載流子濃度決定。雜質導電與本征導電的比較雜質離子濃度遠小于晶格格點數；雜質離子的活化能小于熱缺陷移動的活化能；離子晶體的電導主要為雜質電導。15三．離子遷移率離子電導的微觀機構為載流子--離子的擴散。這種擴散過程就構成了宏觀的離子“遷移”。在一般的電場強度下，間隙離子單從電場中獲得的能量不足以克服勢壘U0進行躍遷，因而熱運動能是間隙離子遷移所需要能量的主要來源。通常熱運動平均能量仍比U0小許多(相應

6、于1ev的溫度為104K)。根據玻爾茲曼統(tǒng)計規(guī)律，單位時間沿某一方向躍遷的次數為式中ν0為間隙離子在半穩(wěn)定位置上振動的頻率。1.無外加電場時間隙離子在晶體中各方向的“遷移”次數都相同，宏觀上無電荷定向運動，故介質中無電導現(xiàn)象。2.有外加電場時由于電場力的作用，晶體中間隙離子的勢壘不再對稱，如圖，對于正離子，受電場力作用，F(xiàn)=qE，F(xiàn)與E同方向，因而正離子順電場方向“遷移”容易，反電場方向“遷移”困難。設電場E在δ／2距離上(δ為相鄰半穩(wěn)定位置間的距離)造成的位勢差ΔU=F·δ／2=qE·δ／2。則順電場方向填隙離子單位時間內躍遷的次數為逆

7、電場方向填隙離子單位時間內躍遷的次數為單位時間內每一間隙離子沿電場方向的剩余躍遷次數應該為每躍遷一次的距離為δ，所以載流子沿電場方向的遷移速度V可視為3.討論當電場強度不太大時，ΔU<

8、晶體中,其擴散時所需克服的勢壘都是不同的，空位擴散能＜間隙離子擴散能，因此堿鹵晶體的電導主要為空位電導。通常離子遷移率約為10-13——10-16m2／(s·V)。四．離子電導率1．離子電導的