第二讲电导理论PPT课件

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信号与系统
从材料角度看电阻
不同的电阻类型由不同的材料构成。
电阻公式： R L S
电导率： 1
？
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信号与系统金属导电过程—电子输运
金属两端加电场——自由电子匀速移动——稳定的电流
受力平衡： 电场力+散射或碰撞力 电子服从统计分布： 玻耳兹曼微分—积分方程
请查看固体物理！
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信号与系统
电导率公式
➢ 含义：两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在 直流电流时，两个接头之间将产生温差。这就是珀尔帖 （Peltier）效应。它是塞贝克效应的反效应。 ➢原理：电流的方向决定了吸收还是产生热量，发热 （制冷）量的多少与电流的大小成正比，比例系数称为 “帕耳帖系数。
➢应用：热电致冷器（Thermo Electric cooling，TEC）
ne2 pe2h
m*
mh*
电子 空穴
n，p：电子及空穴浓度
弛豫时间：如果电子 分布函数在某个时刻
m*，m*h：电子及空穴的有效质量 偏离了平衡的费米统
τ ， τ h：电子与空穴的弛豫时间
e：单个电子电量
计分布，那么在碰撞 的作用下，它将按指 数回复到平衡分布，
温度！
特征回复时间即为弛 豫时间。
在普通陶瓷如钛酸钡、二氧化钛、二氧化锡和氧化锌等，只要掺入 微量的其他金属氧化物，它们就会变得有导电能力，它们的电阻介于 绝缘体和金属之间，人们称它们为导电陶瓷。
金属的电阻率与压力关系： p01p
ρ(0)： 在真空条件下的电阻率； p：压力； α：电阻压力系数，一般为-10-5~-10-6，但也可能为正数；
结论：
1. 电阻压力系数为负时，电阻率随压力升高而下降，称为正 常金属，如金、银、铜、铁等。
2. 电阻压力系数为正时，电阻率随压力升高而增加，称为反 13 常金属，如碱金属、稀土金属等，如钙锶等。
信号与系统
1.1电导理论
电性材料的电阻
霍尔效应 热电效应
陶瓷导电性能
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信号与系统 霍尔效应与载流子浓度
Z 霍尔效应：
当电流(X方向)垂直于外磁场(Y方
向)通过导体时，在导体的垂直于磁场
和电流方向(Z方向)的两个端面之间会
出现电势差，这一现象便是霍尔效应。
X
这个电势差也被叫做霍尔电势差。
信号与系统
第一篇：电性材料
主讲：马文英 E-mail： 课件共享密码：dzcl
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信号与系统
电性材料
含义：在电场的作用下，载流子能够自由
移动的材料。
包含：金属材料、导电陶瓷、电阻材料、
半导体材料、超导材料等
任何导电物质都可以看作是电性材料
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信号与系统
31 2 3 4 35
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纲要
电导理论 参考书：《电子与光电子材料》朱建国 《电子材料导论》李言荣 导电材料 电阻材料 超导材料
➢ 含义：塞贝克（Seeback）效应，又称作第一热电效应， 它是指在两种不同导电材料构成的闭合回路中，当两个 接点温度不同时，回路中产生的电势使热能转变为电能 的一种现象。半导体塞贝克效应优于金属塞贝克效应。
➢原理：接触点载流子扩散的结果。 ➢应用：热电偶，测量温度。
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信号与系统
热电效应
第二热电效应：帕耳帖效应
半导体材料
信号与系统
1.1电导理论
电性材料的电阻
霍尔效应 热电效应 陶瓷导电性能
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信号与系统
1.1电导理论
电阻：物质对电流的阻碍作用，是反映材料
导电性能的物理量。
标准电阻：高精度、高稳定性电阻
金属热电阻：电阻随温度的升高而线性增加
半导体热敏电阻：加热器、敏感元件、开关
超导体：足够低的温度下，电阻突然降为零
m*
mh*
弛豫时间： τ ， τ h
金属的弛豫时间τ随温度升高而减小：电导率下降
载流子散射概率： 1 1 1
L I
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晶格振动散射 电离杂质散射
信号与系统 金属的电阻率与纯度
金属的总电阻包括金属的基本电阻和溶质（杂质）电阻。 马西森定则：
0T
ρ0：与溶质有关的电阻率 ρ’(T)：与温度有关的电阻率；
A：金属特性常数； M：金属原子质量；
T0.5D,T4M ATD 2
百度文库
θD：金属晶体的德拜温度，如Ni=450K，Ag=220K，Zn=305K，。
结论：
1. 低温时， T<0.5θD，金属电阻率与温度T的5次方成正比 2.12 高温时， T>0.5θD，金属电阻率与温度T成正比
信号与系统 金属的电阻率与压力
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信号与系统
热电效应
第三热电效应：汤姆逊效应
➢ 含义：当一段均匀材料A的两端具有温差时，则当流过 电流时，材料的放热或吸热现象称为汤姆逊效应。注意， 它是电阻产生的焦耳热以外的放热或吸热现象。 ➢原理：材料温度不均匀时，温度高处的载流子比温度 低处的载流子动能大，便会从温度高端向温度低端扩散， 在低温端堆积起来，从而在导体内形成电场，必然伴随 吸热和放热现象。
20➢应用：还未发现具体应用。
信号与系统
1.1电导理论
电性材料的电阻 霍尔效应 热电效应
陶瓷导电性能
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信号与系统
陶瓷导电现象
一般的陶瓷不导电，是良好的绝缘体。如氧化硅、 氮化硅、氧化铝等。
某些氧化物高温下可以导电：碳化硅(1450°C)； 氧化锆(2000°C)
对陶瓷掺杂可得到导电陶瓷。
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信号与系统 电导率决定关系
ne2 pe2h
m*
mh*
载流子浓度： n，p
金属>半导体>绝缘体：电导率金属>半导体>绝缘体 半导体载流子浓度随温度升高而指数增加：半导体电
导率随温度升高而增加。
金属载流子浓度随温度变化不大：金属电导率随温度
变化不大？
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信号与系统 电导率决定关系
ne2 pe2h
结论：
1. 低温时， ρ0 起主要作用：极低温度下(4.2K)测定的电阻率； 称为金属残留电阻率；可以测量金属的纯度。
2. 高温时， ρ’(T)起主要作用
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信号与系统 金属的电阻率与温度
纯金属的电阻率满足：
布洛赫-格林爱森公式：
TM AT D 56
DT
0
x5dx ex1 1ex
ρ(T)：温度T时金属的电阻率；
Y 霍尔效应
本质：载流子收到洛伦兹力
霍尔系数：
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RH
EH js B
信号与系统 霍尔效应与载流子浓度
霍尔系数还可以写成：
电子导电：R H
1 ne
意义
空穴导电：R H
1 pe
测定载流子浓度： n，p
测定载流子类型
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信号与系统
热电效应
第一热电效应：塞贝克效应
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信号与系统
热电效应
第一热电效应：塞贝克效应