第四章第三节副本
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在。载流子为离子或空格点的电导为离子电导，载流子为电子或 空穴的电导为电子电导。 • 本征电导：电子电导和空穴电导同时存在
材料的导电现象,其微观本质是载流子在电场作用下的定 向迁移.
迁移率（电流密度） μ= v／E (载流子在单位电场中的迁移速度)
（单位时间（1s）通过单位截面积的电荷量） J＝nqv （J为电流密度）
载流子迁移率 electron mobility ( 物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度) μ=ν/E m2/(v.s) 平均漂移速度（drift velocity）ν，m/s
• 载流子在各种材料中的形式：
• （1）金属材料：自由电子，电子电导。 • （2）高分子材料和无机非金属材料：可以是两类载流子同时存
石墨 SiC 锗，纯 硅，纯 苯酚甲醛（电木） 窗玻璃 氧化铝（Al2O3） 云母 甲基丙烯酸甲酯 氧化铍（BeO） 聚乙烯 聚苯乙烯
105 (平均) 10
2.2 4.3*10-4 10-7-10-11 <10-10 10-10-10-12 10-11-10-15 〈10-12 10-12-10-15 〈10-14 〈10-14 〈10-14 〈10-16 〈10-16
金属和合金
各种材料在室温的电导率 结合原子的电子结构讨论
σ(Ω-1.m-1)
非金属
σ（Ω-1.m-1）
银 铜，工业纯 金 铝,工业纯 Al-1.2%,Mn 合金 钠 钨， 工业纯 黄铜（70%Cu-30%Zn 镍,工业纯 纯铁,工业纯 钛,工业纯
6.3*107 5.85*107 4.25*107 3.45*107 2.96*107 2.1*107 1.77*107 1.66*107 1.46*107 1.03*107 0.24*107 0.17*107 0.14*107 0.093*107
如何理解材料的电导现象，
必须明确几个问题：
1. 参与迁移的是哪种载流子— —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
⑷ 决定电导率的基本参数 parameters
载流子数 charge carrier density----n, 个/m3载流子类型 charge carrier—— 电子、空穴、正离子、负离子
外加电压或电场下的行为及其表现出来的物理现象
交变电场——介电性质 强电场 ——击穿现象 弱电场 ——导电性质
机械、交通 电子、微电子
材料表面——静电现象
日常生活
4-3-1 电导率和电阻率
电导率(electrical conductivity)和电阻率
1 、电阻率
电阻率分： R= .L/S
体积电阻率：V , Ω·m
﹡eτ/m＝µ ）温度1）
价控半导体、） ）杂质、缺陷2） （导电空穴
总的迁移率受散射的控制，包括两个部分：
(A) 声子对迁移率的影响,可写成
μL=aT-3/2
(B)杂质离子对迁移率的影响,可写成
μI=bT3/2
a 、b 为常数，决定于不同材料
1 1 1
L
单质金属中主要的散射机制是电声子相互作用,电导率 的温度关系为
表面电阻率：S , Ω
Rv＝V/Iv
(与材料性质及样品几何尺寸有关)
Rs＝V/Is （测量的电极间距和电极长度，
样品的表面性质决定）
1/R=1/ Rv+1/ Rs
2、电导率
电导率(electrical conductivity)
(1) 表征材料导电性的大小。 单位：S. m-1, （Ω.m）-1
⑵ 根据电导率对材料的分类
响因素
• 3. 材料的电子能带结构与电导性、光导性和半导电性公式 • 4. 超导电性的定义、超导体的2种特性、3个性能指标 • 5. 介电常数的定义、介质极化的三种机制， • 6. 交变电场中的介电损耗的成因及影响因素 • 7. 击穿强度的定义 • 8. 材料电性能与温度的关系
材料的电学性能(electrical property)
σ∝T-1。
半导体和绝缘体的电导率随温度变化以指数函数增大
σ=σ0exp(-Eg/2kT)
影响半导体、绝缘体电导率的因素：温度
k为Boltzmann常数=8.6210-5ev Eg为能带间隙能，
例题
4-3-2 材料的结构与导电性
Structures and Conductivity
1、 材料的电子结构与导电性
4-3 材料的电学性能
Electrical Properties of Materials
The electrical behaviors of the various materials Describe the relationship of electrical conductivities and four possible electron band structures for solid materials.
How to calculate the electrical conductivities Define dielectric constant of a dielectric materials in terms of permittivities.
来自百度文库
• 1.不同材料电学性能的差异及其与组成和结构的关系 • 2. 电导率和电阻率的定义、电导机制、电导率的基本参数及影
表4-19 材料的分类及其电导率
材料
电阻率
电导率
超导体 导体 半导体 绝缘体
0 10-8-10-5 10-5-107 107-1018
∞ 105-108 10-7-105 10-18-10-7
⑶ 不同材料的电导率举例 ①金属 自由电子 电导率高 导电性好 ②硅 半导体 ③离子固体 室温绝缘体 T高 电导率大 （无机非金属） ④高分子 杂质致有导电性
电导率 σ=J/E=nqv／E =nqμ
qinii
i
⑸ 影响因素
影响离子电导率的因素 （1） 温度 （2）晶体结构 晶体结合力大，活化能高，
电导率低. 离子电荷高，活化能高，电
导率低。
离子晶体结构紧密，活化能 高，电导率低。
（3）晶格缺陷
电子载流子浓度小；离子晶 格缺陷大，并参与电导。
影响电子电导率的因素
材料的导电现象,其微观本质是载流子在电场作用下的定 向迁移.
迁移率（电流密度） μ= v／E (载流子在单位电场中的迁移速度)
（单位时间（1s）通过单位截面积的电荷量） J＝nqv （J为电流密度）
载流子迁移率 electron mobility ( 物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度) μ=ν/E m2/(v.s) 平均漂移速度（drift velocity）ν，m/s
• 载流子在各种材料中的形式：
• （1）金属材料：自由电子，电子电导。 • （2）高分子材料和无机非金属材料：可以是两类载流子同时存
石墨 SiC 锗，纯 硅，纯 苯酚甲醛（电木） 窗玻璃 氧化铝（Al2O3） 云母 甲基丙烯酸甲酯 氧化铍（BeO） 聚乙烯 聚苯乙烯
105 (平均) 10
2.2 4.3*10-4 10-7-10-11 <10-10 10-10-10-12 10-11-10-15 〈10-12 10-12-10-15 〈10-14 〈10-14 〈10-14 〈10-16 〈10-16
金属和合金
各种材料在室温的电导率 结合原子的电子结构讨论
σ(Ω-1.m-1)
非金属
σ（Ω-1.m-1）
银 铜，工业纯 金 铝,工业纯 Al-1.2%,Mn 合金 钠 钨， 工业纯 黄铜（70%Cu-30%Zn 镍,工业纯 纯铁,工业纯 钛,工业纯
6.3*107 5.85*107 4.25*107 3.45*107 2.96*107 2.1*107 1.77*107 1.66*107 1.46*107 1.03*107 0.24*107 0.17*107 0.14*107 0.093*107
如何理解材料的电导现象，
必须明确几个问题：
1. 参与迁移的是哪种载流子— —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
⑷ 决定电导率的基本参数 parameters
载流子数 charge carrier density----n, 个/m3载流子类型 charge carrier—— 电子、空穴、正离子、负离子
外加电压或电场下的行为及其表现出来的物理现象
交变电场——介电性质 强电场 ——击穿现象 弱电场 ——导电性质
机械、交通 电子、微电子
材料表面——静电现象
日常生活
4-3-1 电导率和电阻率
电导率(electrical conductivity)和电阻率
1 、电阻率
电阻率分： R= .L/S
体积电阻率：V , Ω·m
﹡eτ/m＝µ ）温度1）
价控半导体、） ）杂质、缺陷2） （导电空穴
总的迁移率受散射的控制，包括两个部分：
(A) 声子对迁移率的影响,可写成
μL=aT-3/2
(B)杂质离子对迁移率的影响,可写成
μI=bT3/2
a 、b 为常数，决定于不同材料
1 1 1
L
单质金属中主要的散射机制是电声子相互作用,电导率 的温度关系为
表面电阻率：S , Ω
Rv＝V/Iv
(与材料性质及样品几何尺寸有关)
Rs＝V/Is （测量的电极间距和电极长度，
样品的表面性质决定）
1/R=1/ Rv+1/ Rs
2、电导率
电导率(electrical conductivity)
(1) 表征材料导电性的大小。 单位：S. m-1, （Ω.m）-1
⑵ 根据电导率对材料的分类
响因素
• 3. 材料的电子能带结构与电导性、光导性和半导电性公式 • 4. 超导电性的定义、超导体的2种特性、3个性能指标 • 5. 介电常数的定义、介质极化的三种机制， • 6. 交变电场中的介电损耗的成因及影响因素 • 7. 击穿强度的定义 • 8. 材料电性能与温度的关系
材料的电学性能(electrical property)
σ∝T-1。
半导体和绝缘体的电导率随温度变化以指数函数增大
σ=σ0exp(-Eg/2kT)
影响半导体、绝缘体电导率的因素：温度
k为Boltzmann常数=8.6210-5ev Eg为能带间隙能，
例题
4-3-2 材料的结构与导电性
Structures and Conductivity
1、 材料的电子结构与导电性
4-3 材料的电学性能
Electrical Properties of Materials
The electrical behaviors of the various materials Describe the relationship of electrical conductivities and four possible electron band structures for solid materials.
How to calculate the electrical conductivities Define dielectric constant of a dielectric materials in terms of permittivities.
来自百度文库
• 1.不同材料电学性能的差异及其与组成和结构的关系 • 2. 电导率和电阻率的定义、电导机制、电导率的基本参数及影
表4-19 材料的分类及其电导率
材料
电阻率
电导率
超导体 导体 半导体 绝缘体
0 10-8-10-5 10-5-107 107-1018
∞ 105-108 10-7-105 10-18-10-7
⑶ 不同材料的电导率举例 ①金属 自由电子 电导率高 导电性好 ②硅 半导体 ③离子固体 室温绝缘体 T高 电导率大 （无机非金属） ④高分子 杂质致有导电性
电导率 σ=J/E=nqv／E =nqμ
qinii
i
⑸ 影响因素
影响离子电导率的因素 （1） 温度 （2）晶体结构 晶体结合力大，活化能高，
电导率低. 离子电荷高，活化能高，电
导率低。
离子晶体结构紧密，活化能 高，电导率低。
（3）晶格缺陷
电子载流子浓度小；离子晶 格缺陷大，并参与电导。
影响电子电导率的因素