《导电物理概述》PPT课件.ppt
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1、第第5章章 导电物理导电物理 本章将介绍金属材料和半导体材料的导电机本章将介绍金属材料和半导体材料的导电机制,着重从能带结构的角度分析材料的导电制,着重从能带结构的角度分析材料的导电行为。本章还介绍了利用材料的导电物理特行为。本章还介绍了利用材料的导电物理特性制得的一些功能材料,例如性制得的一些功能材料,例如p-n结、晶体管结、晶体管等。等。本章提要本章提要概述在许多情况下,材料的导电性能比力学在许多情况下,材料的导电性能比力学性能还重要。性能还重要。导电材料、电阻材料、电热材料、半导体导电材料、电阻材料、电热材料、半导体材料、超导材料和绝缘材料等都是以材料材料、超导材料和绝缘材料等都是以材料
2、的导电性能为基础的。的导电性能为基础的。概述举例:举例:长距离传输电力的金属导线应该具有很高长距离传输电力的金属导线应该具有很高的导电性,以减少由于电线发热造成的电力的导电性,以减少由于电线发热造成的电力损失。损失。陶瓷和高分子的绝缘材料必须具有不导电陶瓷和高分子的绝缘材料必须具有不导电性,以防止产生短路或电弧。性,以防止产生短路或电弧。作为太阳能电池的半导体对其导电性能的要作为太阳能电池的半导体对其导电性能的要求更高,以追求尽可能高的太阳能利用效率。求更高,以追求尽可能高的太阳能利用效率。能够携带电荷的粒子称为载流子。能够携带电荷的粒子称为载流子。在金属、半导体和绝缘体中携带电荷的在金属、半
3、导体和绝缘体中携带电荷的载流子是电子载流子是电子 在离子化合物中,携带电荷的载流子在离子化合物中,携带电荷的载流子则是离子。则是离子。概述控制材料的导电性能实际上就是控制材控制材料的导电性能实际上就是控制材料中的载流子的数量和这些载流子的移料中的载流子的数量和这些载流子的移动速率。动速率。对于金属材料来说,载流子的移动速率特对于金属材料来说,载流子的移动速率特别重要。别重要。对于半导体材料来说,载流子的数量更为对于半导体材料来说,载流子的数量更为重要。重要。载流子的移动速率取决于原子之间的结合载流子的移动速率取决于原子之间的结合键、晶体点阵的完整性、微结构以及离子键、晶体点阵的完整性、微结构以
4、及离子化合物中的扩散速率。化合物中的扩散速率。概述部分材料的电导率部分材料的电导率 材料材料电子结构电子结构电导率电导率(-1cm-1)碱金属碱金属Na1s22s22p63s12.13105碱土金属碱土金属 Mg1s22s22p63s22.25105A族金属族金属Al1s22s22p63s23p13.77105过渡族金属过渡族金属Fe.3d64s21.00105族元素材料族元素材料Si.3s23p2510-6高分子材料聚乙烯高分子材料聚乙烯10-15陶瓷材料陶瓷材料Al2O310-14概述经典自由电子论经典自由电子论 量子自由电子论量子自由电子论能带理论能带理论分析理论分析理论概述经典自由电子
5、论经典自由电子论金属是由原子点阵组成的,价电子是完全自金属是由原子点阵组成的,价电子是完全自由的,可以在整个金属中自由运动由的,可以在整个金属中自由运动 自由电子自由电子的运动遵守经典力学的运动规律,遵守气体的运动遵守经典力学的运动规律,遵守气体分子运动论。这些电子在一般情况下可沿所分子运动论。这些电子在一般情况下可沿所有方向运动有方向运动 等等 这些电子在一般情况下可沿所有方向运动。这些电子在一般情况下可沿所有方向运动。在电场作用下自由电子将沿电场的反方向运在电场作用下自由电子将沿电场的反方向运动,从而在金属中产生电流。电子与原子的动,从而在金属中产生电流。电子与原子的碰撞妨碍电子的继续加速
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