材料物理性能 期末复习题

材料物理性能

马基申定则及表达式?固溶体电阻率看成由金属基本电阻率ρ(T)和残余电阻率ρ残组成。不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。这一导电规律称为马基申定律,

固溶体的电阻与组元的关系 在形成固溶体时,与纯组元相比,合金的导电性能降低了 原因:纯组元间原子半径差所引起的晶体点阵畸变,增加了电子的散射,且原子半径差越大,固溶体的电阻也越大。这种合金化对电阻的影响还有如下几方面:一是杂质对理想晶体的局部破坏;二是合金化对能带结构起了作用,移动费米面并改变了电子能态的密度和有效导电电子数;三是合金化也影响弹性常数,因此点阵振动的声子谱要改变。

半导体测量的四探针法测量原理,设有一均匀的半导体试样,其尺寸与探针间距相比可视为无限大,探针引入点电流源的电流强度为I。因均匀导体内恒定电场的等位面为球面,故在半径为r处等位面的面积为2πr2,则电流密度为j=I/2πr2。电场强度E=j/σ=jρ=Iρ/2πr2,因此,距点电荷r处的电位为V=Iρ/2πr。

电阻分析的作用:电阻分析法来研究材料的成分、结构和组织变化的灵敏度很高,它能极敏感地反映出材料内部的微弱变化。 半导体特点:电阻率(ρ在10-3~109Ωm) 禁带宽度Eg在0.2~3.5eV,其电学性能总是介于金属导体 (ρ<10-5Ωm, Eg=0)与绝缘体 (ρ>109Ωm, Eg>3.5eV)间。

半导体的分类?分为晶体半导体、非晶半导体及有机半导体。晶体半导体:又分为元素(单质)半导体、化合物半导体、固溶体半导体;

价电子共有化运动:在半导体晶体中,由于原子之间的距离很小,使得每一个原子中的价电子除受本身原子核及内层电子的作用外,还受到其他原子的作用。在本身原子和相邻原子的共同作用下,价电子不再是属于各个原子,而成为晶体中原子所共有

半导体中电子的能量状态-能带:在半导体晶体中,由于原子之间的距离很小,使得每一个原子中的价电子除受本身原子核及内层电子的作用外,还受到其他原子的作用。在本身原子和相邻原子的共同作用下,价电子不再是属于各个原子,而成为晶体中原子所共有。

四大量子数每一量子数表示什么?主量子数n、它可以取非零的即1,2,3?n。它决定电子在核外空间出现概率最大的区域离核的远近,并且是决定电子能量高低的主要因素。角量子数l(也称轨道角动量量子数)轨道角动量量子数决定原子轨道的形状。磁量子数ml磁量子数决定原子轨道在空间的伸展方向,但它与电子的能量无关。自旋角动量量子数si。它与n、l、m无关。电子本身还有自旋运动。自旋运动有两种相反方向。

本征半导体的导电机制?在绝对零度和无外界影响的条件下,半导体的空带中无电子,即无运动的电子,当温度升高或受光照射时,也就是半导体受到热激发时,共价键中的价电子由于从外界获得了能量,其中部分获得了足够大能量的价电子就可以挣脱束缚,离开原子而成为自由电子。在能带图中,即一部分满带中的价电子获得了大于Eg的能量,跃迁到空带中去。这时空带中有了一部分能导电的电子,称为导带。而满带中由于部分价电子的迁出出现了空位置,称价带。(满带→价带,空带→导带,同时产生了自由电子和空穴)

本征半导体的迁移率和电阻率定义。迁移率:但在外电场的作用下,电子将逆电场方向运动,

空穴将顺电场方向运动,从而导电成为载流子。本征载流子的浓度:

载流子定向漂移运动的平均速度为一个恒定值,并与电场强度成正比。 这个比值即为迁移率。

电阻率:单位电场下电流密度的倒数本征半导体的电学特性?

(1) 本征激发成对地产生自由电子和空穴,所以自由电子浓度和空穴浓度相等,都是等于本征载流子的浓度ni。

(2) ni和Eg有近似反比关系,硅(1.11 eV)比锗(0.67eV)的Eg大,故硅比锗的ni小。 (3)ni与温度成近似正比,故温度升高时,ni就增大。

(4) ni与原子密度相比时极小的,所以本征半导体的导电能力很微弱

N型半导体和P型半导体统称为杂质半导体,与本征半导体相比,具有如下特征掺杂浓度与原子密度相比虽很微小,但是却能使载流子浓度极大地提高,导电能力因而也显著地增强。掺杂浓度愈大,其导电能力也愈强。

掺杂只是使一种载流子的浓度增加,因此杂质半导体主要靠多子导电。N当掺入五价元素(施主杂质)时,主要靠自由电子导电;P当掺入三价元素(受主杂质)时,主要靠空穴导电PN结电学特性 单向导电性 加正向电压多子扩散 正向电流较大 加反向电压 少子漂移 电流几乎不变化

绝缘体的定义指电阻率大于109 用来限制电流使它按一定的途径流动的材料,另外还有利用其“介电”特性建立电场以贮存电能的材料。

绝缘体的性能要求:(1)具有足够高的耐电强度,以经受住导体间的高电场。(2)具有足够高的绝缘电阻,以防止跨越导体的漏泄电流。(3)具有良好的耐电弧性,以防发生飞弧损坏。(4)

必须能在环境危害的条件下(度、湿度、辐射)保持其完整性。(5)必须具有足够的机械强度,以抗振动和冲击。

电介质定义:在电场作用下具有极化能力并在其中长期存在电场的一种物质。基本属性:具有极化能力; 其中能够长期存在电场。电介质和金属导体对电场的影响金属以传导的方式来传递电的作用和影响。电介质以电极化方式来传递和记录电的影响。

电介质(绝缘体)的四大性能和四大基本参数(1)介电常数;(电极化)(2)耐电强度;(击穿)(3)损耗因数;(介电损耗)(4)体积和表面的电阻率 (电导)

电介质的分类电介质按其分子中正负电荷的分布状况可分为:中性电介质,偶极电介质,离子型电介质。从电学性质看电介质的分子可分为无极分子和有极分子

电介质极化的定义:电介质在电场的作用下,其内部的束缚电荷所发生的弹性位移现象和偶极子的取向(正端转向电场负极、负端转向电场正极)现象。 介质极化的4种基本形式:

电子位移极化在电场作用下,构成介质原子的电子云中心与原子核发生相对位移,形成感应电矩而使介质极化的现象。电子位移极化的形成过程很快,仅需10-14~10-16s。它的极化是完全弹性的。

离子位移极化在离子晶体中,处于晶格结点上的正负离子也要在电场作用下发生相对位移而引起极化,这就是离子式极化,又称离子位移极化。1、离子弹性位移极化:这种极化只存在于离子键构成的晶体中,且极化过程也很快,约10-12~10-13s。2、离子松弛式位移极化:极化建立过程较长,约10-2~10-5s。

固有电矩转向极化有外电场时,由于偶极子要受到转矩的作用,有沿外电场方向排列的趋势,而呈现宏观电矩,形成极化。偶极子不能恢复原状,极化所需较长,约10-2~10-10s。 空间电荷极化在一部分电介质中存在着可移动的离子。在外电场作用下,正离子将向负电极侧移动并积累,而负离子将向正电极侧移动被积累,这种正、负离子分离所形成的极化。极化所需时间最长,约10-2s。 电介质的介电常数:

(ε0=8.85×10-12 F/m)、

什么是电介质的击穿固体电介质的击穿就是在电场作用下伴随着热、化学、力等等的作用而丧失其绝缘性能的现象。

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