4.1 电导的物理现象.pdf

LOGO 4 材料的电导性能4 材料的电导性能 4 1 电导的物理现象 4 2 离子电导 4 3 电子电导 4 4 金属材料的电导 4 5 固体材料的电导 4 6 半导体陶瓷的物理效应 4 7 超导体 4 1 电导的物理现象 4 2 离子电导 4 3 电子电导 4 4 金属材料的电导 4 5 固体材料的电导 4 6 半导体陶瓷的物理效应 4 7 超导体 Materials Physics LOGO 4 1 电导的物理现象4 1 电导的物理现象 4 1 1 电导率与电阻率4 1 1 电导率与电阻率 Materials Physics 1 均匀导电体均匀导电体 欧姆定律欧姆定律 2 非均匀导电体非均匀导电体 欧姆定律微分形式欧姆定律微分形式 截面积S 长度L I 电阻电阻 电阻电阻 电阻率电阻率 电阻率电阻率 电导率电导率 电导率电导率 电流密度电流密度 电流密度电流密度 LOGO 4 1 电导的物理现象4 1 电导的物理现象 4 1 1 电导率与电阻率4 1 1 电导率与电阻率 Materials Physics 评定材料的导电性 评定材料的导电性 1010 m 绝缘体绝缘体 Compound Resistivity m Cu 1 7 10 8 Ag 1 6 10 8 Si 0 001 Ge 0 4 Al2O3 1 1017 LOGO 4 1 电导的物理现象4 1 电导的物理现象 4 1 2 电导的物理特性4 1 2 电导的物理特性 Materials Physics 1 载流子载流子 电流是电荷在空间的定向运动 电流是电荷在空间的定向运动 任何一种物质 只要存在带电荷的自由粒子任何一种物质 只要存在带电荷的自由粒子 载流子载流子 就可以在电场下产生导电电流 就可以在电场下产生导电电流 金属 自由电子金属 自由电子 无机材料 电子 负电子无机材料 电子 负电子 空穴 离子 正 负离子 空穴 离子 正 负离子 空穴 空穴 电子电导电子电导 电子电导电子电导 离子电导离子电导 离子电导离子电导 LOGO 4 1 电导的物理现象4 1 电导的物理现象 4 1 2 电导的物理特性4 1 2 电导的物理特性 zxHy HJRE Materials Physics 2 载流子的物理特征载流子的物理特征 霍尔效应 电子电导的特征 沿试样 霍尔效应 电子电导的特征 沿试样x轴方向通入电流轴方向通入电流I 电流密度 电流密度Jx Z轴 方向加一磁场 轴 方向加一磁场Hz 那么在 那么在y轴方向将产生一电场轴方向将产生一电场 Ey 这一现象称为 这一现象称为霍尔效应霍尔效应 RH 霍尔系数 表征材料霍尔效应的强弱 霍尔系数 表征材料霍尔效应的强弱 HH R 霍尔迁移率 霍尔迁移率 LOGO 4 1 电导的物理现象4 1 电导的物理现象 4 1 2 电导的物理特性4 1 2 电导的物理特性 Materials Physics 2 载流子的物理特征载流子的物理特征 霍尔效应的起源 霍尔效应的起源 磁场中运动电荷所产生的洛仑兹力 导致载 流子在磁场中产生洛仑兹偏转 该力所作用的方 向即与电荷运动的方向垂直 也与磁场方向垂 直 磁场中运动电荷所产生的洛仑兹力 导致载 流子在磁场中产生洛仑兹偏转 该力所作用的方 向即与电荷运动的方向垂直 也与磁场方向垂 直 利用霍尔效应可检验材料是否存在利用霍尔效应可检验材料是否存在电子电导电子电导 LOGO 4 1 电导的物理现象4 1 电导的物理现象 4 1 2 电导的物理特性4 1 2 电导的物理特性 Materials Physics 2 载流子的物理特征载流子的物理特征 电解效应 离子电导的特征电解效应 离子电导的特征 沿沿离子迁移伴随着一定的质量变化 其在电极附 近发生电子得失而形成新的物质 这就是 离子迁移伴随着一定的质量变化 其在电极附 近发生电子得失而形成新的物质 这就是电解效 应 电解效 应 利用电解效应 利用电解效应 可以检验材料是否存在可以检验材料是否存在离子导电离子导电 可以判定载流子是可以判定载流子是正离子正离子还是还是负离子负离子 LOGO 4 1 电导的物理现象4 1 电导的物理现象 4 1 2 电导的物理特性4 1 2 电导的物理特性 nqvJ Materials Physics 3 迁移率和电导率的一般表示式迁移率和电导率的一般表示式 导电现象的微观本质 载流子在电场作用下的定向迁移 导电现象的微观本质 载流子在电场作用下的定向迁移 导电现象的微观本质 导电现象的微观本质 载流子在电场作用下的定向迁移 载流子在电场作用下的定向迁移 单位时间内通过单位截面的电荷量 单位时间内通过单位截面的电荷量 nq E nqv E J S 1cm2 载流子数为载流子数为n 载流子电荷量为载流子电荷量为q 载流子平均速度载流子平均速度v S 1cm2 载流子数为载流子数为n 载流子电荷量为载流子电荷量为q 载流子平均速度载流子平均速度v E v 其中其中 LOGO 4 1 电导的物理现象4 1 电导的物理现象 4 1 2 电导的物理特性4 1 2 电导的物理特性 Materials Physics 3 迁移率和电导率的一般表示式迁移率和电导率的一般表示式 载流子的迁移率 载流子的迁移率 mobility 物理意义 物理意义 载流子在单位电场中的迁移速度 载流子在单位电场中的迁移速度 电导率的一般表示式 该式反映电导率的微观本质 即宏观电导率