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1、无机材料物理性能第讲第1页，本讲稿共92页无机材料的电导无机材料的电导本部分的主要内容本部分的主要内容电导的物理现象电导的物理现象 离子电导离子电导 电子电导电子电导 无机非金属材料电导无机非金属材料电导 电导的应用电导的应用第2页，本讲稿共92页无机材料的电导无机材料的电导本部分的关键：本部分的关键：理解并掌握如下公式的含义理解并掌握如下公式的含义第3页，本讲稿共92页5.1 电导的物理现象电导的物理现象欧姆定律示意图欧姆定律示意图第4页，本讲稿共92页电导的物理现象电导的物理现象电导的宏观参数电导的宏观参数uu电导率：电导率：E E：V/cm V/cm uu欧姆定律的微分形式欧姆定律的微分
2、形式 uu电阻率：电阻率：u载流子迁移率:单位电场强度下，单位时间内载单位电场强度下，单位时间内载流子在电场内的迁移距离。流子在电场内的迁移距离。第5页，本讲稿共92页不同材料的电导率不同材料的电导率差异巨大，横跨差异巨大，横跨27个数量级个数量级导体：导体：107-1m-1半导体：半导体：10-6104-1m-1绝缘体：绝缘体：10-110-20-1m-1第6页，本讲稿共92页电导的宏观参数电导的宏观参数体积电阻和体积电阻率体积电阻和体积电阻率体积电阻和体积电阻率体积电阻和体积电阻率电流电流:电阻电阻:第7页，本讲稿共92页体积电阻体积电阻Rv反映材料的导电能力，与材料性质反映材料的导电能力
3、，与材料性质及样品几何尺寸的关系及样品几何尺寸的关系:电导的宏观参数电导的宏观参数h板状样品的厚度板状样品的厚度(cm)S板状样品的电极面积板状样品的电极面积(cm2)v体积电阻率体积电阻率,为描写材料电阻为描写材料电阻 性能的参数性能的参数第8页，本讲稿共92页电导的宏观参数电导的宏观参数体积电阻和体积电阻率体积电阻和体积电阻率体积电阻和体积电阻率体积电阻和体积电阻率管状试样管状试样第9页，本讲稿共92页电导的宏观参数电导的宏观参数体积电阻和体积电阻率体积电阻和体积电阻率体积电阻和体积电阻率体积电阻和体积电阻率圆片式样体积电阻率的测量圆片式样体积电阻率的测量g第10页，本讲稿共92页电导的宏
4、观参数电导的宏观参数片状试样片状试样第11页，本讲稿共92页电导的宏观参数电导的宏观参数精确测定结果精确测定结果:第12页，本讲稿共92页电导的宏观参数电导的宏观参数表面电阻和表面电阻率表面电阻和表面电阻率表面电阻和表面电阻率表面电阻和表面电阻率板状式样板状式样第13页，本讲稿共92页电导的宏观参数电导的宏观参数圆片试样圆片试样VIabgr1r2第14页，本讲稿共92页电导的物理特性电导的物理特性载流子载流子：具具有有电电荷荷的的自自由由粒粒子子，在在电电场场作作用用下下可可产产生电流。生电流。第15页，本讲稿共92页霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应现现象象：沿沿x x轴轴通通入入电电流流，z
5、 z方方向向上上加加磁磁场场，y y方方向向上将产生电场。上将产生电场。实实质质：运运动动电电荷荷在在磁磁场场中中受受力力所所致致，但但此此处处的的运运动动电电荷荷只只能能是是电电子子，因因其其质质量量小小、运运动动容容易易，故故此此现现象象只只出出现现于于电电子子电电导导时时，即即可可用用霍霍尔尔效效应应的的存存在在与与否否检检验验材材料料是是否否存存在在电子电导。电子电导。电导的物理特性电导的物理特性第16页，本讲稿共92页电导的物理特性电导的物理特性霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔系数霍尔系数电导率电导率霍尔迁移率霍尔迁移率霍尔效应可检验材料是否存霍尔效应可检验材料是否存 在电子电导
6、在电子电导第17页，本讲稿共92页电解效应电解效应电解效应电解效应 运运动动的的离离子子在在电电极极附附近近发发生生电电子子得得失失而而形形成成新新的的物物质质，称称为为电电解解效效应应。用用此此可检验材料中是否存在离子电导。可检验材料中是否存在离子电导。电导的物理特性电导的物理特性第18页，本讲稿共92页电导的物理特性电导的物理特性迁移率和电导率的一般表达式迁移率和电导率的一般表达式第19页，本讲稿共92页离子电导离子电导本本征征电电导导：源源于于晶晶体体点点阵阵的的基基本本离离子子的的运运动动，高高温温下特别显著。下特别显著。杂杂 质质 电电 导导：由由 固固 定定 较较 弱弱 的的 离离
7、 子子（杂杂 质质）离离 子子 的运动造成，低温显著。的运动造成，低温显著。第20页，本讲稿共92页离子电导离子电导注意：电导的基本公式：注意：电导的基本公式：只有一种载流子时：只有一种载流子时：有多种载流子时：有多种载流子时：第21页，本讲稿共92页离子电导要研究的主要内容：离子电导要研究的主要内容：v载流子浓度载流子浓度 v离子迁移率离子迁移率 v离子电导率离子电导率 v影响离子电导率的因素影响离子电导率的因素 离子电导离子电导第22页，本讲稿共92页载流子浓度载流子浓度本征电导本征电导：源于晶体点阵的基本离子的源于晶体点阵的基本离子的运动。运动。固有电导中，载流子由晶体本身的热缺陷固有电
8、导中，载流子由晶体本身的热缺陷提供。提供。第23页，本讲稿共92页载流子浓度载流子浓度晶体的热缺陷主要有两类：晶体的热缺陷主要有两类：弗仑克尔缺陷弗仑克尔缺陷 肖特基缺陷肖特基缺陷 第24页，本讲稿共92页离子电导离子电导杂质电导：由固定较弱的离子（杂质）离子杂质电导：由固定较弱的离子（杂质）离子 的运动造成。的运动造成。电导的基本公式电导的基本公式只有一种载流子时：只有一种载流子时：有多种载流子时：有多种载流子时：第25页，本讲稿共92页载流子浓度载流子浓度弗仑克尔缺陷：弗仑克尔缺陷：N N为单位体积内离子结点数为单位体积内离子结点数E Ef f为为同同时时生生成成一一个个填填隙隙离离子子和
9、和一一个个空空位位所所需需要要的的能能量量第26页，本讲稿共92页载流子浓度载流子浓度肖特基空位浓度肖特基空位浓度N N为单位体积内离子对的数目为单位体积内离子对的数目Es为离解一个阴离子和一个阳离子并到达表面所为离解一个阴离子和一个阳离子并到达表面所需要的能量需要的能量第27页，本讲稿共92页载流子浓度载流子浓度一般肖特基缺陷形成能比弗仑克尔缺陷形成能低一般肖特基缺陷形成能比弗仑克尔缺陷形成能低许多许多高温下高温下:离子晶体的电导主要由热缺陷浓度决定离子晶体的电导主要由热缺陷浓度决定低温下低温下:离子晶体的电导主要由杂质载流子浓度离子晶体的电导主要由杂质载流子浓度决定决定第28页，本讲稿共9
10、2页离子迁移率离子迁移率v离子电导的微观机制为载离子电导的微观机制为载流子流子 离子的扩散离子的扩散 。v间隙离子的扩散过程就构成间隙离子的扩散过程就构成了宏观的离子了宏观的离子“迁移迁移”。第29页，本讲稿共92页离子迁移率离子迁移率间隙离子的势垒间隙离子的势垒第30页，本讲稿共92页离子迁移率离子迁移率间隙离子的势垒变化间隙离子的势垒变化第31页，本讲稿共92页离子电导率离子电导率离子电导率的一般表达方式离子电导率的一般表达方式如果本征电导主要由肖特基缺陷引起，如果本征电导主要由肖特基缺陷引起，其本征电导率为：其本征电导率为：第32页，本讲稿共92页离子电导率离子电导率只有一种载流电导率可
11、表示为只有一种载流电导率可表示为：写成对数形式写成对数形式:活化能活化能:第33页，本讲稿共92页离子电导率离子电导率离子扩散机构离子扩散机构第34页，本讲稿共92页影响离子电导率的因素影响离子电导率的因素离子电导率呈指数关系，随温度呈指数关系，随温度升高，电导率迅速增升高，电导率迅速增大。大。低温下，杂质电导占低温下，杂质电导占主要地位主要地位(曲线曲线1)1)；高温下，固有电导起主高温下，固有电导起主要作用。要作用。1 1、温度、温度杂质离子电导与温度的关系杂质离子电导与温度的关系第35页，本讲稿共92页影响离子电导率的因素影响离子电导率的因素离子电导率2 2、晶体结构、晶体结构uu活化能
12、大小取决于晶体间各粒子的结合力。而活化能大小取决于晶体间各粒子的结合力。而活化能大小取决于晶体间各粒子的结合力。而活化能大小取决于晶体间各粒子的结合力。而晶体结合力受如下因素影响：晶体结合力受如下因素影响：晶体结合力受如下因素影响：晶体结合力受如下因素影响：n n离子半径：离子半径小，结合力大离子半径：离子半径小，结合力大n n离子电荷，电价高，结合力大离子电荷，电价高，结合力大n n堆积程度，结合愈紧密，可供移动的离子数目堆积程度，结合愈紧密，可供移动的离子数目就少，且移动也要困难些，可导致较低的电导就少，且移动也要困难些，可导致较低的电导率率第36页，本讲稿共92页影响离子电导率的因素影响
13、离子电导率的因素离子电导率3 3、晶格缺陷、晶格缺陷uu离离离离子子子子性性性性晶晶晶晶格格格格缺缺缺缺陷陷陷陷的的的的生生生生成成成成及及及及其其其其浓浓浓浓度度度度大大大大小小小小是是是是决决决决定定定定离离离离子子子子电电电电导导导导的的的的关关关关键键键键所所所所在在在在。而而而而影影影影响响响响晶晶晶晶格格格格缺缺缺缺陷陷陷陷生生生生成成成成和和和和浓浓浓浓度度度度的的的的主主主主要要要要有有有有如如如如下因素：下因素：下因素：下因素：n n热激励生成晶格缺陷热激励生成晶格缺陷(肖特基与弗仑克尔缺陷肖特基与弗仑克尔缺陷)n n不等价固溶掺杂不等价固溶掺杂n n离子晶体中正负离子计量比
14、随气氛的变化发生偏离离子晶体中正负离子计量比随气氛的变化发生偏离第37页，本讲稿共92页 固体电解质简介固体电解质简介固体电解质简介固体电解质简介uu定义定义定义定义具有离子电导的固体物质称为固体电解质具有离子电导的固体物质称为固体电解质离子晶体要具有离子电导的特性，必须离子晶体要具有离子电导的特性，必须离子晶体要具有离子电导的特性，必须离子晶体要具有离子电导的特性，必须：n n电子载流子的浓度小电子载流子的浓度小n n离子晶格缺陷浓度大，并参与电导离子晶格缺陷浓度大，并参与电导固体电解质电导固体电解质电导离子电导率第38页，本讲稿共92页电子电导的基本公式：电子电导的基本公式：第39页，本讲
15、稿共92页电子电导电子电导v电子电导的载流子是：电子和空穴电子电导的载流子是：电子和空穴v电子电导主要发生在导体和半导体中电子电导主要发生在导体和半导体中v在在在在电电电电子子子子电电电电导导导导材材材材料料料料中中中中，电电电电子子子子与与与与点点点点阵阵阵阵的的的的非非非非弹弹弹弹性性性性碰碰碰碰撞撞撞撞引起电子波的散射是电子运动受阻的原因之一。引起电子波的散射是电子运动受阻的原因之一。引起电子波的散射是电子运动受阻的原因之一。引起电子波的散射是电子运动受阻的原因之一。第40页，本讲稿共92页电子迁移率电子迁移率vv平平平平均均均均自自自自由由由由运运运运动动动动的的的的时时时时间间间间的
16、的的的长长长长短短短短 是是是是由由由由载载载载流流流流子子子子的的的的散散散散射射射射强强强强弱弱弱弱决决决决定。散射越弱，自由程越长，迁移率也越大。定。散射越弱，自由程越长，迁移率也越大。定。散射越弱，自由程越长，迁移率也越大。定。散射越弱，自由程越长，迁移率也越大。vv电电电电子子子子和和和和空空空空穴穴穴穴的的的的有有有有效效效效质质质质量量量量的的的的大大大大小小小小是是是是由由由由半半半半导导导导体体体体材材材材料料料料的的的的性性性性质决定的。质决定的。质决定的。质决定的。vv掺掺掺掺杂杂杂杂浓浓浓浓度度度度和和和和温温温温度度度度对对对对迁迁迁迁移移移移率率率率的的的的影影影影
17、响响响响,本本本本质质质质上上上上是是是是对对对对载载载载流流流流子子子子散散散散射强弱的影响。射强弱的影响。射强弱的影响。射强弱的影响。第41页，本讲稿共92页电子迁移率电子迁移率散射的两个原因散射的两个原因1、晶格散射、晶格散射晶晶格格振振动动引引起起的的散散射射叫叫做做晶晶格格散散射射；温温度度越越高高，晶晶格格振振动动越越强强，对对载载流流子子的的晶晶格格散散射射也也将将增增强强，迁迁移移率降低。率降低。2、电离杂质散射、电离杂质散射电电离离杂杂质质散散射射的的影影响响与与掺掺杂杂浓浓度度有有关关，掺掺杂杂越越多多，载载流流子子和和电电离离杂杂质质相相遇遇而而被被散散射射的的机机会会也
18、也就就越越多多。温温度度越越高高，散散射射作作用用越越弱弱。高高掺掺杂杂时时，温温度度越越高高，迁迁移移率越小率越小。第42页，本讲稿共92页载流子浓度载流子浓度根据能带理论，只有导带中的电子或价带根据能带理论，只有导带中的电子或价带之间的空穴才能参与导电。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金属、半导体和绝缘体的能带结构第43页，本讲稿共92页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载流子浓度第44页，本讲稿共92页载流子浓度载流子浓度本征半导体中的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本征半导体的能带结构第45页，本讲稿共92页载流子浓度
19、载流子浓度载流子只由半导体晶格本身提供，是由热激发载流子只由半导体晶格本身提供，是由热激发产生的，其浓度与温度呈指数关系。产生的，其浓度与温度呈指数关系。空带中的电子导电和价带中的空穴导电同时空带中的电子导电和价带中的空穴导电同时存在，载流子电子和空穴和浓度是相等的。存在，载流子电子和空穴和浓度是相等的。本征电导本征电导本征半导体本征半导体第46页，本讲稿共92页杂质半导体中的载流子浓度杂质半导体中的载流子浓度EfEcEDEv+EfEvEcEAn型半导体型半导体p型半导体型半导体n型与型与p型半导体能带结构型半导体能带结构第47页，本讲稿共92页杂质半导体中的载流子浓度杂质半导体中的载流子浓度
20、杂质对半导体的导电性能影响很大杂质对半导体的导电性能影响很大 杂杂质质半半导导体体可可分分为为n n型型(可可提提供供电电子子)和和p p型型(吸吸收收电电子，造成空穴子，造成空穴)。掺掺入入施施主主杂杂质质的的半半导导体体称称为为n n半半导导体体，掺掺入入受受主主杂质的半导体称为杂质的半导体称为p p半导体。半导体。第48页，本讲稿共92页电子电导率电子电导率本本征征半半导导体体和和高高温温时时的的杂杂质质半半导导体体的的电电导导率率与与温温度度的关系为：的关系为：第49页，本讲稿共92页电子电导率电子电导率电阻率与温度的关系：电阻率与温度的关系：第50页，本讲稿共92页电子电导率电子电导
21、率实际晶体的导电机构与温度关系如下：实际晶体的导电机构与温度关系如下：(a)a)中表示在该温度区间具有始终如一的电子跃迁机构；中表示在该温度区间具有始终如一的电子跃迁机构；(b)b)中表示在低温区以杂质电导为主，高温区以本征电导为主；中表示在低温区以杂质电导为主，高温区以本征电导为主；(c)c)中表示在同一晶体中同时存在两种杂质时的电导特性。中表示在同一晶体中同时存在两种杂质时的电导特性。第51页，本讲稿共92页玻璃态电导玻璃态电导在在含含有有碱碱金金属属离离子子的的玻玻璃璃中中，基基本本上上表表现现为为离离子电导。子电导。玻玻璃璃体体的的结结构构比比晶晶体体疏疏松松，碱碱金金属属离离子子能能
22、够够穿穿过过大大于于其其原原子子大大小小的的距距离离而而迁迁移移，同同时时克克服服一一些些位垒。位垒。玻玻璃璃与与晶晶体体不不同同，玻玻璃璃中中碱碱金金属属离离子子的的能能阱阱不不是是单单一一的的数数值值，有有高高有有低低，这这些些位位垒垒的体积平均值就是载流子的活化能。的体积平均值就是载流子的活化能。第52页，本讲稿共92页玻璃态电导玻璃态电导一价正离子在玻璃中的位垒一价正离子在玻璃中的位垒位置位置第53页，本讲稿共92页纯纯净净玻玻璃璃的的电电导导率率一一般般较较小小，但但含含有有少少量量的的碱碱金属离子可使电导大大地增加。金属离子可使电导大大地增加。在在玻玻璃璃体体中中，电电导导率率与与
23、碱碱金金属属含含量量间间的的关关系系，到一定限度时，电导率指数增长。到一定限度时，电导率指数增长。实实际际中中生生产产中中发发现现：利利用用双双碱碱效效应应和和压压碱碱效效应应，可可以以减减少少玻玻璃璃的的电电导导率率，甚甚至至可可以以使使玻玻璃电导率降低璃电导率降低4-54-5个数量级。个数量级。玻璃态电导玻璃态电导第54页，本讲稿共92页玻璃态电导玻璃态电导注意两个效应：注意两个效应：v双碱效应双碱效应 v压碱效应压碱效应第55页，本讲稿共92页双碱效应双碱效应当当玻玻璃璃中中碱碱金金属属离离子子总总浓浓度度较较大大时时(占占玻玻璃璃组组成成25-30%)25-30%)，在在碱碱金金属属离
24、离子子总总浓浓度度相相同同情情况况下下，含含两两种种碱碱金金属属离离子子比比含含一一种种碱碱金金属属离离子子的的玻玻璃璃电电导导率率要要小小；当当两两种种碱碱金金属属浓浓度度比比例例适适当当时时，电电导导可可降降到到最最低。低。定义定义:第56页，本讲稿共92页双碱效应双碱效应硼钾锂玻璃电导率与锂、钾含量的关系硼钾锂玻璃电导率与锂、钾含量的关系第57页，本讲稿共92页压碱效应压碱效应定义：定义：含碱玻璃中加入二价金属氧化物，可含碱玻璃中加入二价金属氧化物，可使玻璃电导率降低。相应的阳离子半使玻璃电导率降低。相应的阳离子半径越大，这种效应越强。径越大，这种效应越强。解释：解释：因为二价离子与玻璃
25、体中氧离子结合因为二价离子与玻璃体中氧离子结合比较牢固，能嵌入玻璃网络结构，以比较牢固，能嵌入玻璃网络结构，以致堵住了离子的迁移通道，使碱金属致堵住了离子的迁移通道，使碱金属离子移动困难，从而减小了玻璃的电离子移动困难，从而减小了玻璃的电导率降低。导率降低。第58页，本讲稿共92页压碱效应压碱效应定义：定义：含含碱碱玻玻璃璃中中加加入入二二价价金金属属氧氧化化物物，可可使使玻玻璃璃电电导率降低。相应的阳离子半径越大，这种效应越强。导率降低。相应的阳离子半径越大，这种效应越强。第59页，本讲稿共92页无机材料的电导无机材料的电导q多晶多相固体材料的电导多晶多相固体材料的电导q次级现象次级现象q无
26、机材料电导的混合法则无机材料电导的混合法则第60页，本讲稿共92页1、微晶相、玻璃相电导较高 玻璃相结构松驰，微晶相缺陷较多，活化能较低。多晶多相固体材料的电导多晶多相固体材料的电导第61页，本讲稿共92页多晶多相固体材料的电导多晶多相固体材料的电导2、含玻璃相的陶瓷的电导很大程度上决定于玻璃相。含有大量碱性氧化物的无定形相的陶瓷材料的电导率较高。第62页，本讲稿共92页3、陶瓷材料的导电机构有电子电导又有离子电导。第63页，本讲稿共92页4、晶界对多晶材料的电导影响与离子运动的自由程和电子运动的自由程有关。第64页，本讲稿共92页5、对于少量气孔分散相，气孔率增加，陶瓷材料的电导率减少。第6
27、5页，本讲稿共92页6、无机材料的电导，在很大程度上取决于电子电导。第66页，本讲稿共92页次级现象次级现象空间电荷效应空间电荷效应电流吸收现象电流吸收现象第67页，本讲稿共92页空间电荷效应空间电荷效应吸收现象的原因，外电场作用下，电介质(如瓷体)内自由电荷重新分布的结果。吸收电流是指随时间变化的这部分电流。漏电流是指最后恒定的电流。第68页，本讲稿共92页空间电荷效应空间电荷效应v空间电荷的形成主要是因为陶瓷内部具有微观不均匀结构，因而各部分的电导率不一样。v电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中。第69页，本讲稿共92页电化学老化现象电化学老化现象电电化化学学老老化化指指在在电电
28、场场作作用用下下，由由化化学学变变化化引引起起材材料料电电性性能不可逆的恶化。能不可逆的恶化。其其主主要要原原因因是是离离子子在在电电极极附附近近发发生生的的氧氧化化还还原原过过程程。有如下几种情况：有如下几种情况：阳离子阳离子-阳离子电导阳离子电导 阴离子阴离子-阳离子电导阳离子电导 电子电子-阳离子电导阳离子电导 电子电子-阴离子电导阴离子电导第70页，本讲稿共92页无机材料电导的混合法则无机材料电导的混合法则陶瓷材料则由晶粒、晶界、气孔等所组成的陶瓷材料则由晶粒、晶界、气孔等所组成的复杂的显微结构复杂的显微结构,总电导率为：总电导率为：晶粒电导率晶粒电导率晶界的电导率晶界的电导率V 为体
29、积分数为体积分数第71页，本讲稿共92页无机材料电导的混合法则无机材料电导的混合法则n=-1n=-1相当于串联状态相当于串联状态;n=1n=1相当于并联状态相当于并联状态;n n0 0相当于混合状态相当于混合状态层状与复合材料层状与复合材料第72页，本讲稿共92页无机材料电导的混合法则无机材料电导的混合法则陶瓷电导的对数混合法则陶瓷电导的对数混合法则第73页，本讲稿共92页无机材料电导的混合法则无机材料电导的混合法则各种模式的各种模式的t t/G G和和V VB B的关系的关系第74页，本讲稿共92页半导体陶瓷的物理效应半导体陶瓷的物理效应晶界效应晶界效应 表面效应表面效应 西贝克效应西贝克效
30、应 半导体的应用半导体的应用 第75页，本讲稿共92页晶界效应晶界效应压压敏敏效效应应指指对对电电压压变变化化敏敏感感的的非非线线性性电电阻阻效效应应，即即在在某某一一临临界界电电压压以以下下，电电阻阻值值非非常常高高，几几乎乎无无电电流流通通过过；超超过过该该临临界界电电压压(敏敏压电压压电压)，电阻迅速降低，让电流通过。，电阻迅速降低，让电流通过。压敏效应压敏效应(Varistor effect)第76页，本讲稿共92页晶界效应晶界效应压敏效应压敏效应(Varistor effect)I I为压敏电阻器流过的电流，为压敏电阻器流过的电流，V V为施加电压，为施加电压，为非线性指数，为非线性
31、指数，C C为相当于电阻值的量。为相当于电阻值的量。压敏电阻器的电压压敏电阻器的电压-电流电流 性近似表示：性近似表示：第77页，本讲稿共92页PTCPTC效应效应PTC现象现象指指价价控控型型BaTiO3半半导导体体最最大大特特征征是是在在材材料料的的正正方方相相 立立方方相相相相变变点点（居居里里点点）附附近近，电电阻阻率率随随温度上升发生突变，增大了温度上升发生突变，增大了34个数量级的现象。个数量级的现象。晶界效应第78页，本讲稿共92页PTCPTC效应效应PCT电阻率电阻率-温度特性温度特性PTC现象现象晶界效应第79页，本讲稿共92页Heywang认为：认为：PTCPTC效应效应
32、n型型半半导导体体陶陶瓷瓷晶晶界界具具有有表表面面能能级级，它它可可以以捕捕获获载载流流子子，从从而而在在两两边边晶晶粒粒内内产产生生一一层层电电子子耗耗损损层层，形形成成肖肖特特基基势势垒垒，其其高高度度与与介介电电常常数数有有关关。在在铁铁电电相相范范围围内内，介介电电系系数数大大，势势垒垒低低。当当温温度度超超过过居居里里-外外斯斯定定律律，材材料料的的介介电电系系数数急急剧剧减减少少，势势垒垒增增高高，从从而而引引起起电阻率的急剧增加。电阻率的急剧增加。晶界效应第80页，本讲稿共92页表面效应表面效应1、半导体表面空间电荷层的形成、半导体表面空间电荷层的形成半半导导体体表表面面存存在在
33、着着各各种种表表面面能能级级，这这些些表表面面能能级级将将作作为为施施主主或或受受主主和和半半导导体体内内部部产产生生电电子子授授受关系。受关系。根根据据表表面面能能级级所所捕捕获获的的电电荷荷和和数数量量大大小小，可可以以形成积累层、耗尽层、反型层三种空间电荷层。形成积累层、耗尽层、反型层三种空间电荷层。第81页，本讲稿共92页表面效应表面效应2、半导体表面吸附气时电导率的变化、半导体表面吸附气时电导率的变化半半导导体体表表面面吸吸附附气气体体时时，半半导导体体和和吸吸附附气气体体分分子子（或或气气体体分分子子分分解解后后所所形形成成的的基基团团）之之间间，产生电荷的偏离，导致表面电导率发生
34、变化。产生电荷的偏离，导致表面电导率发生变化。第82页，本讲稿共92页西贝克效应西贝克效应定义：定义：由由于于半半导导体体材材料料两两端端存存在在温温度度差差而而在在半半导导体两体两 端产生温差电动势在现象。端产生温差电动势在现象。第83页，本讲稿共92页西贝克效应西贝克效应半导体陶瓷的半导体陶瓷的西贝克效应西贝克效应第84页，本讲稿共92页西贝克效应西贝克效应温差电动势系数温差电动势系数 测量测量 可以判断半导体是可以判断半导体是p型还是型还是n型。型。第85页，本讲稿共92页半导体的应用半导体的应用霍尔效应及磁强计：霍尔效应及磁强计：利用霍尔效应可以测量利用霍尔效应可以测量 磁场强度磁场强
35、度 p-n结结 p-n结可以用来作整流器结可以用来作整流器第86页，本讲稿共92页霍尔效应示意图霍尔效应示意图第87页，本讲稿共92页晶体三极管原理图晶体三极管原理图第88页，本讲稿共92页超导体超导体v超超导导体体就就是是在在液液氦氦或或液液氮氮的的低低温温下下，具具有零阻导体现象的物质。有零阻导体现象的物质。vJosephson效效应应：超超导导电电子子（电电子子对对）能在极薄的绝缘体阻挡层中通过。能在极薄的绝缘体阻挡层中通过。第89页，本讲稿共92页超导体超导体约瑟夫逊器件约瑟夫逊器件第90页，本讲稿共92页约瑟夫逊器件的约瑟夫逊器件的I-VI-V特性特性超导体超导体第91页，本讲稿共92页超导体与一般金属的电阻与温度间的关系超导体与一般金属的电阻与温度间的关系超导体超导体第92页，本讲稿共92页