华中科技大学-电子材料物理2012复习提纲 -答案整理

《电子材料物理》复习提纲

第一章

电子材料的结构

1. 晶体的结构与对称性

理解点阵结构与晶体结构之间的关系，能够根据晶体结构画出点阵图。

将构成晶体的结构济源抽象成一个几何点，这些几何点在空间按一定的规则重复排列所形成的阵列。 点阵反映晶体结构周期性的大小和方向。

掌握晶胞的基本概念，并会计算晶胞中结点的个数；

晶胞是从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的重复单元。

熟悉七大晶系的特征。理解4种晶胞类型7大晶系14种点阵类型32种点群和230种空间群之间的相互联系

掌握晶体的宏观对称操作和微观对称操作，对于常见立方结构的晶体能够找出其中的对称操作元素；

旋转、反映、反演及旋转-反演 立方结构CsCl 各三个4次转轴和4次反轴，各四个3次转轴和3次反轴，各六个2次转轴和2次反轴，九个反映面，一个反演中心

掌握点群符号、空间群符号的含义以及空间群符号向同型点群符号的转变。

点群反映的是晶体理想外形的宏观对称性，空间群反映的是晶体内部原子等规则排列而具有的微观对称性。

空间群的数目多于点群，意味着微观对称性不同的晶体结构可能生长出相同的晶体外形，即同一个点群可能对应不同的空间群 空间群转点群 1、将滑移面转换为反映面2、将螺旋轴转换为旋转轴

2. 典型晶体结构

掌握密堆积，配位数，电负性等基本概念；

电负性：原子的电负性即是衡量分子中原子吸引电子的能力。电离能与亲和能之和则称为该元素的电负性。

掌握物质理论密度的计算方法；

理解鲍林规则的主要内容；

1、鲍林第一规则：负离子配位多面体规则

2、鲍林第二规则：电价规则

3、鲍林第三规则：多面体组联规则

4、鲍林第四规则：高价低配位多面体远离法则

5、鲍林第五规则：结构简单化法则

掌握典型离子晶体结构的类型及结构特征（重点AX 型，钙钛矿型，正尖晶石型）。 只考氯化铯，重点钙钛矿，正尖晶石 第二章

晶体中的缺陷与扩散

熟悉点缺陷的定义及分类，

A

C N

V nA =

ρ

引起几个原子范围的点阵结构不完整，亦称零维缺陷

按产生原因：热缺陷，杂质缺陷，非化学计量缺陷，电荷缺陷，辐照缺陷等

掌握点缺陷Kroger-Vink 符号的书写及表示的含义，

熟悉点缺陷形成的准化学反应方程式的书写原则，掌握热缺陷和MO 型金属氧化物杂质缺陷准化学反应方程式的书写，并能根据质量作用定律计算平衡状态下缺陷的浓度。 第三章

电子材料的电导

1. 掌握表征电导的物理参数及相关公式，掌握电导的分类及相应的特征物理效应；熟悉各种散射机制对迁

移率的影响规律。

电导率

μ

σnq =， 迁移率

E υ

μ=

。 电子电导----霍尔效应：金属或半导体薄片置于沿z 方向磁场中，当在x 方向有电流

流过时，在y 方向上将产生电动势。 离子电导----电解效应：由于离子导电发生迁移时，在电极附近发生电子得失，伴随有新物质的产生，即发生点解现象。

2. 对于金属氧化物半导体，熟悉杂质缺陷和组分缺陷对半导体电导性能的影响，能利用缺陷准化学反应方

程式和质量作用定律来讨论组分缺陷其电导率与氧分压的关系；

组分缺陷是重点！金属填隙型氧化物中中温区不考， 3. 对于共价键半导体，熟练计算本征半导体和杂质半导体的电导率。

4. 熟悉离子电导的影响因素与能斯特-爱因斯坦方程，熟悉稳定型ZrO 2氧传感器的工作原理；

可测

扩散活化能爱因斯坦方程—能斯特D w )

kT w exp(D D kT

q

D

nq kT nq

D 02→-==

⎪⎩

⎪⎨⎧==μμσσ

5. 掌握界面电导中的晶界效应，根据晶界效应能对压敏效应以及电阻的正温度系数（PTC ）效应的形成机

理作出合理解释。

晶界效应：主要发生n 型多晶材料中，由于受主表面态使得在晶粒界面产生双肖特基势垒，该势垒根据材料本身特性的不同，可表现出压敏效应、PTC 效应。

压敏效应：对电压变化敏感的非线性电阻效应。 当电压较低时，热激励电子，必须越过肖特基势垒而流过，故而电流很小；电压高于某值时，晶界上所捕获的电子，由于隧道效应通过势垒，致使电流急剧增大，从而呈现出异常的非线性关系。 PTC 效应：n 型半导体陶瓷晶界具有表面能级； 表面能及可以捕获载流子，产生电子耗损层，形成肖特基势垒； 肖特基势垒高度与介电常数有关，介电常数越大，势垒越低； 温度超过居里点，材料的介电常数急剧减小，势垒增高，电阻率急剧增加。

第四章 电子材料的介电性能 克劳修斯方程、德拜方程、介质弛豫公式

1. 介质的极化

理解极化、极化率、极化强度、电偶极矩等基本概念；

电介质的极化：电介质在电场作用下产生感应电荷的现象。 电偶极矩：

极化强度：介质单位体积内的电偶极矩总和P=

V

μ∑，

极化率：单位电场强度下，质点电偶极矩的大小称为质点的极化率。

掌握介质的极化类型及其特征。（论述题）

位移极化：一种弹性的、瞬时完成的、没有能量消耗的极化。

电子位移极化：外加电场作用下，原子外围的电子云相对于原子核发生位移而形成的极化。具有一个弹性束缚电荷在强迫振动中所表现出来的特性。可发生在一切介质中，与温度无关。15-14-10~10

离子位移极化：电场作用下，正负离子发生相对位移形成的极化。只发生在离子键构成的电介质中，极化率随温度升高会增加，但增加的不大。13-12-10~10

松弛极化：与热运动有关、完成极化需要一定时间、非弹性、消耗能量。

离子松弛极化：介质中存在的某些弱联系离子在电场作用下，沿电场方向短程跃迁引起，只在由离子组成或含离子杂质的晶体中出现。极化率随温度变化有极大值。5-2-10~10

电子松弛极化：有弱束缚电子引起。不可逆，有能量损耗。主要出现在折射率打、结构紧密。内电场大和电子电导打的电介质中。9-2-10~10。

偶极子转向极化：主要发生在极性分子介质中。一般需要较长时间，10-2-10~10

空间电荷极化：电场作用下，不均匀介质内部的正负间隙离子分别向负正极移动，引起不均匀介质内 各点离子密度变化。常发生在不均匀介质中。极化随温度升高而下降建立需要较长时间，只对直流和 低频下介质的介电性质有影响。

自发极化：由晶体内部结构造成的，晶胞中存有固有电偶极矩。常发生在具有特殊结构的晶体中，如 铁电体。

理解克劳修斯-莫索蒂方程，并能根据各种极化形式极化率大小，计算直流电场下的介电常数0

r r 3n 2

1

εαεε=+-。

2. 交变电场下介质的极化损耗

掌握介质损耗的定义、产生的形式及表示方法；

介质损耗：电介质在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。具体指单位时间单位体积介质内消耗的电能。

产生形式：由各种介质极化的建立所造成的电流（极化损耗）；由介质的电导造成的电流（电导损耗）。 表示方法：介质损耗率p=2

E σ

熟悉复介电常数和复电导率；

复电导率： ；复介电常数： i σωεσ

*=+

'

'i 'i

-i *

εεω

σεω

σ

ε

-===

*