第二章 材料的电学性能.ppt

材料物理性能,第二章材料的电学性能,安徽工业大学材料学院,2020年6月13日,(第一讲),（PhysicalPropertiesofMaterials）,第二章材料的电学性能,本章的主要内容概述:导电材料及产业背景电导的物理现象和基本概念电子电导离子电导电导的应用,概述,材料的导电性能与导电材料,苏州金杰电子有限公司,产品目录:泡棉材料,导电绝缘材料,EMI电磁屏蔽材料,EMI电磁屏蔽材料,导电材料的应用与产业背景,专业从事导电粉、导电填料、导电颜料、导电助剂及导电材料的研发、生产和销售。在国内导电、电磁屏蔽、防静电领域有着广泛的影响，本中心提供浅色导电云母粉，导电钛白粉(导电二氧化钛），导电硫酸钡（导电重晶石粉），导电ATO粉，导电聚苯胺，导电石墨粉，导电碳黑(导电炭黑,导电碳粉），导电碳纤维，导电银粉，银包铜粉（镀银铜粉、银铜粉），导电玻璃粉（镀银玻璃微球，镀银玻璃粉，银包玻璃微珠），导电镍粉，导电铜粉等各种导电粉末,青岛日能电子部品有限公司,主营产品温度保险丝，温度保险管，热熔断器，热熔断体，热保护器,镇江美宝电子,电热材料与电热元件,東莞市長安精安薄膜材料有限公司,PET薄膜:具有柔性的绝缘材料层和导电材料。特点：良好的印刷适应性、与油墨附着力高。用途：柔性线路板印刷、薄膜开关印刷、粘胶。,反光印刷膜,电器绝缘膜,防刮花PET膜,香港功能陶瓷有限公司压电陶瓷是含高智能的新型功能电子材料,北京石晶光电科技股份有限公司,年产19200万片石英晶体频率片生产线；,年产240吨压电石英晶体和光学石英晶体的原晶生产线,年产2400万只49/S、剪腿的SMD型压电石英晶体谐振器生产线,年产12000万片厚度片生产线；,中山市骏展光电材料有限公司,深圳市爱彼斯通半导体材料有限公司,质量管理工程师QAEn.质量检验（QC）研磨/抛光/工程师（助工.质量管理工程师QAEn.性别:不限学历:本科工作地点月薪发布日期截止日期2008-04-24,2.1电导的物理现象和基本概念,欧姆定律示意图,电导的基本概念,电导的宏观参数,电导率：,E：V/cm,欧姆定律的微分形式:,电阻率：,载流子迁移率:,电导的宏观参数,直流四端电极法,适用于中高电导率的材料，能消除电极非欧姆接触对测量结果的影响。,电导的宏观参数,在室温下测量电导率常采用简单的四探针法,霍尔效应现象：沿x轴通入电流，z方向上加磁场，y方向上将产生电场。实质：运动电荷在磁场中受力所致，但此处的运动电荷只能是电子，因其质量小、运动容易，故此现象只出现于电子电导时，即可用霍尔效应的存在与否检验材料是否存在电子电导。,电导的物理特性,电导的物理特性,霍尔效应,霍尔系数,电导率,霍尔迁移率,霍尔效应可检验材料是否存在电子电导,电解效应运动的离子在电极附近发生电子得失而形成新的物质，移为电解。用此可检验材料中是否存在离子电导。,电导的物理特性,2.2电子电导微观机理,纯金属：=10-810-7m.合金：=10-710-5m.半导体：=10-3109m.绝缘体：109m.,材料按电阻率的分类,思考:是什么原因导致物质导电性能如此大的差异?其微观本质是什么?,电子导电的物理本质,经典自由电子模型,电子在E作用下的加速度a为：,松驰时间,与晶格缺陷及温度有关,2.2电子导电机理,(1).金属及半导体的导电机制经典自由电子导电理论金属晶体:离子点阵形成的均匀场+自由电子气电子在外场作用下定向与离子碰撞使电子受阻.由经典气体动力学:T为两次碰撞间的平均时间.局限性:不能解释二三价金属的导电性反而比一价金属还差的事实.也不能解释超导性.,量子自由电子理论,泡利不相容原理：电子具有不同能量状态。费密能：0K时电子具有的最高能态。量子电子论：在离子所产生的均匀势场下，只有EF附近电子才参与导电。电子波在传播中被离子散射，相互干涉形成电阻，散射几率1/t。,量子力学理论,电子迁移率,m*电子的有效质量,电子迁移率,m*电子的有效质量,自由电子,晶体中的电子,m*决定于电子与晶格的相互作用强度,电子迁移率,散射的两个原因,1、晶格散射,晶格振动引起的散射叫做晶格散射；温度越高，晶格振动越强对载流子的晶格散射也将增强，迁移率降低。,2、电离杂质散射,电离杂质散射的影响与掺杂浓度有关，掺杂琥多，载流子和电离杂质相遇而被散射的机会也就越多。温度越高，散射作用越弱。高掺杂时，温度越高，迁移率越小。,理想晶体点阵:=0(T=0K),实际晶体:电子散射和声子散射+杂质和缺陷散射,固溶体电阻率=基本电阻(T)+残余电阻率(残),马基申定律:=(T)+残,残余电阻率(残):反映金属的纯度和完整性(300K)/(4.2K),马基申定律,金属及半导体的导电机制,E,禁带Eg,允带（价带）,允带（导带）,能带理论,载流子浓度,根据能带理论，只有导带中的电子或价带之间的空穴才能参与导电。,金属、半导体和绝缘体的能带结构,半导体和绝缘体的能带结构,载流子浓度,杂质半导体中的载流子浓度,n型半导体,p型半导体,n型与p型半导体能带结构,施主能级,受主能级,计算的BccFe(001)能带结构,Fe(100)的光电子能谱,载流子浓度,本征半导体中的载流子浓度,本征半导体的能带结构,I,N,S,N,S,N,S,TTc,B0I=0,TTc,B0I=0,TTc,H=0I0,1986年，IBM公司的Muller,Bednorz摆脱了在金属及合金的中寻找超导体的思想，在金属氧化物中找到了突破口。Tc=35K,Ba-La-Cu-O系陶瓷,(3).超导体的超导电性,完全的导电性：（荷兰H.K.Onnes在1911年T=4K汞的实验）,TTc,H=0,TTc,H0,TTc,H0,完全的抗磁性,（迈斯纳MeissnerEffect）,解释：,外磁场在表面产生感应电流I，若R=0，则I产生的附加磁场抵消外磁场。I也称抗