[理学]第五章无机材料的电导
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材料是否存在离子导电 可以判定载流子是正离子还是负离子
2020/11/7
无机材料的电导
17
2、迁移率和电导率的一般表达式
v （载流子在单位电场中的迁移速度）
E
i niqii
i
i
该式反映了电导率的微观本质，即宏观电导率与微观
载流子的浓度、每一种载流子的电荷量以及每一种载
流子的迁移率的关系。
2020/11/7
电阻: RV VIV
RS VIS
1 1 1 R RV RS
2020/11/7
无机材料的电导
7
体积电阻Rv与材料性质及样品几何尺寸的关系:
Rv
v
h S
h－板状样品的厚度(cm)； S－板状样品的电极面积(cm2)； ρ －体积电阻率，为描写材料电阻性能的
v
参数。
2020/11/7
无机材料的电导
8
管状试样的体积电阻
Rv r1 r2v2d xxlv21 llnrr1 2
2020/11/7
无机材料的电导
9
圆片试样的体积电阻和体积电阻率
Rv VI v Shvhr12
v
r12
h
V I
g
精确测定结果:
S
4(r1
r2)2
圆片式样体积电阻率的测量
2020/11/7
无机材料的电导
Rv
v
r14hr22
v
(r1 r2)2
5. 无机材料的电导
5.1 概述 5.2 电导的物理现象 5.3 离子电导 5.4 电子电导 5.5 玻璃态电导 5.6 无机材料的电导 5.7 半导体陶瓷的物理效应 5.8 超导体
2020/11/7
1
1
本章的关键： 理解并掌握如下公式的含义
i niqii
i
i
理解材料的电导现象，必须明确几个问题：
2020/11/7
无机材料的电导
16
（2）、电解效应
离子电导的特征是具有电解效应。 离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附
近发生电子得失，产生新物质，这就是电解现象。
法拉第电解定律：电解物质与通过的电量成正比。 g=CQ=Q/F , g为电解物质的量，Q为通过的电
量，C为电化当量，F为法拉第常数。 利用电解效应可以检验
➢ 任何一种物质，只要存在带电荷的自由粒子——
载流子，就可以在电场下产生导电电流。
➢ 金属中：自由电子
➢ 无机材料中：
电子（负电子/空穴）——电子电导
离子（正、负离子/空位）——离子电导
材料的导电现象，其微观本质就是载流子在电场作
用下的定向迁移！
2020/11/7
无机材料的电导
15
（1）、霍尔效应（ 1879年G.Hall发现）
2020/11/7
无机材料的电导
19
一、载流子浓度 1、本征电导：载流子——弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷。
弗伦克尔 (Frenker) 缺陷：离子进入晶格间隙，空位
和间隙离子成对产生。FF ↔ Fi’ + VF˙ 肖特基 (Schottky) 缺陷：离子跃迁到晶体表面，正负
2020/11离/7 子空位成对产生。 0 ↔ VNa’ + VCl˙
1、参与迁移的是那种载流子——有关载流子类别的问题。
2、载流子的数量有多大——有关载流子浓度、载流子产 生过程的问题。 3、载流子迁移速度的大小——有关载流子输运过程的问 题。
2020/11/7
2
5.1 概述
材料电学性能：材料受到某种或几种因素作用时，材料内部
的带电粒子（载流子）发生相应的定向运动或者空间分布状 态发生变化，由此导致宏观上出现电荷输运或电荷计划的现象
一、电导的宏观参数
1、电导率和电阻率
电阻率：RS cm
L
电导率：1
1cm 1
欧姆定律的微分形式：
欧姆定律示意图
JE A /cm 2 E：V/Leabharlann Baidum
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无机材料的电导
5
电导率和电阻率的意义
意义：是材料的本征参数，与材料的形状尺寸无关，从
而可以用来评价比较材料自身的导电性。
根据材料的电导率可把材料分为：
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无机材料的电导
13
在室温下测量电导率常采用四探针法
2IV(l11l13l1 1l2l21 l3)
该公式在试样尺寸比探针间距近似无限大的情况下成立。 若测量薄膜等试样，其结果必须进行修正。
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无机材料的电导
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二、电导的物理特性
1、载流子
电流是电荷的定向移动，有电流就必须有电荷的运输过程。 电荷的载体即为载流子。
无机材料的电导
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5.3 离子电导
离子电导是带电荷的离子载流体在电场作用下的定向运 动。 晶体的离子电导主要有两类： １．固有离子电导（本征电导）：源于晶体点阵的基本
离子的运动，即离子自身随着热振动离开晶格形成热 缺陷。（高温下显著） ２．杂质电导：由固定较弱的离子运动造成的，主要是 杂质离子。（较低温度下，杂质电导显著）
V
Ey RHJxHz
I
JX
R 1 霍尔系数
H
ni e
Z niei 电导率
HZ
X Y
R 霍尔迁移率
H
H
现象：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向
与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场
方向上的两个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔
效应。
原因：源于电子在磁场作用下产生横向移动。
意义：证实了电子的粒子性，是电子电导的特征，利 用其检验材料是否存在电子电导。
超导体： ≥1015Ω-1.m-1
导体： 在108～104Ω-1.m-1 半导体： 在106～10-6Ω-1.m-1 绝缘体： 在10-8～10-20Ω-1.m-1
注意：不同类别材料的导电性之间的界线有交叉重叠，不
同资料中给出的界线也不完全一致。
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6
2、体积电阻和体积电阻率
电流: I IV IS
20
（1）、弗仑克尔缺陷
弗仑克尔缺陷浓度：
N f N ex E p f/2 kT
电学性能包括：导电性、超导电性、介电性、磁电性、热电性
、热释电性、接触电性、压电性和光电性等。
材料导电性：是指在电场作用下，材料中的带电粒子发生定
向移动从而形成宏观电流的现象，属于材料的电荷输运的特 性。
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无机材料的电导
3
材料电学性能的应用
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无机材料的电导
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5.2 电导的物理现象
4h
V I
10
3、表面电阻和表面电阻率
板状式样：
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无机材料的电导
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圆片试样：
I V
r1 a r2 g
b
r2
Rs
r1
s2dxxsln2r2(r1)
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4、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。
lI
sV
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2、迁移率和电导率的一般表达式
v （载流子在单位电场中的迁移速度）
E
i niqii
i
i
该式反映了电导率的微观本质，即宏观电导率与微观
载流子的浓度、每一种载流子的电荷量以及每一种载
流子的迁移率的关系。
2020/11/7
电阻: RV VIV
RS VIS
1 1 1 R RV RS
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体积电阻Rv与材料性质及样品几何尺寸的关系:
Rv
v
h S
h－板状样品的厚度(cm)； S－板状样品的电极面积(cm2)； ρ －体积电阻率，为描写材料电阻性能的
v
参数。
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无机材料的电导
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管状试样的体积电阻
Rv r1 r2v2d xxlv21 llnrr1 2
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无机材料的电导
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圆片试样的体积电阻和体积电阻率
Rv VI v Shvhr12
v
r12
h
V I
g
精确测定结果:
S
4(r1
r2)2
圆片式样体积电阻率的测量
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无机材料的电导
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v
r14hr22
v
(r1 r2)2
5. 无机材料的电导
5.1 概述 5.2 电导的物理现象 5.3 离子电导 5.4 电子电导 5.5 玻璃态电导 5.6 无机材料的电导 5.7 半导体陶瓷的物理效应 5.8 超导体
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本章的关键： 理解并掌握如下公式的含义
i niqii
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理解材料的电导现象，必须明确几个问题：
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（2）、电解效应
离子电导的特征是具有电解效应。 离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附
近发生电子得失，产生新物质，这就是电解现象。
法拉第电解定律：电解物质与通过的电量成正比。 g=CQ=Q/F , g为电解物质的量，Q为通过的电
量，C为电化当量，F为法拉第常数。 利用电解效应可以检验
➢ 任何一种物质，只要存在带电荷的自由粒子——
载流子，就可以在电场下产生导电电流。
➢ 金属中：自由电子
➢ 无机材料中：
电子（负电子/空穴）——电子电导
离子（正、负离子/空位）——离子电导
材料的导电现象，其微观本质就是载流子在电场作
用下的定向迁移！
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无机材料的电导
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（1）、霍尔效应（ 1879年G.Hall发现）
2020/11/7
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一、载流子浓度 1、本征电导：载流子——弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷。
弗伦克尔 (Frenker) 缺陷：离子进入晶格间隙，空位
和间隙离子成对产生。FF ↔ Fi’ + VF˙ 肖特基 (Schottky) 缺陷：离子跃迁到晶体表面，正负
2020/11离/7 子空位成对产生。 0 ↔ VNa’ + VCl˙
1、参与迁移的是那种载流子——有关载流子类别的问题。
2、载流子的数量有多大——有关载流子浓度、载流子产 生过程的问题。 3、载流子迁移速度的大小——有关载流子输运过程的问 题。
2020/11/7
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5.1 概述
材料电学性能：材料受到某种或几种因素作用时，材料内部
的带电粒子（载流子）发生相应的定向运动或者空间分布状 态发生变化，由此导致宏观上出现电荷输运或电荷计划的现象
一、电导的宏观参数
1、电导率和电阻率
电阻率：RS cm
L
电导率：1
1cm 1
欧姆定律的微分形式：
欧姆定律示意图
JE A /cm 2 E：V/Leabharlann Baidum
2020/11/7
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5
电导率和电阻率的意义
意义：是材料的本征参数，与材料的形状尺寸无关，从
而可以用来评价比较材料自身的导电性。
根据材料的电导率可把材料分为：
2020/11/7
无机材料的电导
13
在室温下测量电导率常采用四探针法
2IV(l11l13l1 1l2l21 l3)
该公式在试样尺寸比探针间距近似无限大的情况下成立。 若测量薄膜等试样，其结果必须进行修正。
2020/11/7
无机材料的电导
14
二、电导的物理特性
1、载流子
电流是电荷的定向移动，有电流就必须有电荷的运输过程。 电荷的载体即为载流子。
无机材料的电导
18
5.3 离子电导
离子电导是带电荷的离子载流体在电场作用下的定向运 动。 晶体的离子电导主要有两类： １．固有离子电导（本征电导）：源于晶体点阵的基本
离子的运动，即离子自身随着热振动离开晶格形成热 缺陷。（高温下显著） ２．杂质电导：由固定较弱的离子运动造成的，主要是 杂质离子。（较低温度下，杂质电导显著）
V
Ey RHJxHz
I
JX
R 1 霍尔系数
H
ni e
Z niei 电导率
HZ
X Y
R 霍尔迁移率
H
H
现象：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向
与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场
方向上的两个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔
效应。
原因：源于电子在磁场作用下产生横向移动。
意义：证实了电子的粒子性，是电子电导的特征，利 用其检验材料是否存在电子电导。
超导体： ≥1015Ω-1.m-1
导体： 在108～104Ω-1.m-1 半导体： 在106～10-6Ω-1.m-1 绝缘体： 在10-8～10-20Ω-1.m-1
注意：不同类别材料的导电性之间的界线有交叉重叠，不
同资料中给出的界线也不完全一致。
2020/11/7
6
2、体积电阻和体积电阻率
电流: I IV IS
20
（1）、弗仑克尔缺陷
弗仑克尔缺陷浓度：
N f N ex E p f/2 kT
电学性能包括：导电性、超导电性、介电性、磁电性、热电性
、热释电性、接触电性、压电性和光电性等。
材料导电性：是指在电场作用下，材料中的带电粒子发生定
向移动从而形成宏观电流的现象，属于材料的电荷输运的特 性。
2020/11/7
无机材料的电导
3
材料电学性能的应用
2020/11/7
无机材料的电导
4
5.2 电导的物理现象
4h
V I
10
3、表面电阻和表面电阻率
板状式样：
2020/11/7
无机材料的电导
11
圆片试样：
I V
r1 a r2 g
b
r2
Rs
r1
s2dxxsln2r2(r1)
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无机材料的电导
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4、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。
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