《材料物理性能》期末复习

Eg EC EV ) N exp( ) 2kT 2kT
• 其中N为等效状态密度，Eg为禁带宽度
15.杂质半导体的电子浓度
• 对n型半导体 n e ( N C N D )
1/ 2
EC ED exp( ) 2kT E A EV exp( ) 2kT
• 对p型半导 体
若将探针与接触处看成点电源，则形成以点电源为 中心的半球等势面，那么在r处的电流密度为
I J 2 2r
由J=E/ρ，可得在r处得电场强度E为
I E 2 2r
2. 材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导 率的特点。电位差计法的测量原理。
dV 由于 E dr
且r→ ∞时) 2 2l l
2. 材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导 率的特点。电位差计法的测量原理。
V23 2l I
条件：试样厚度及任一探针与试样最近边界的 距离至少大于四倍探针间距，即可满足上述公 式要求，否则应该进行修正。
2. 材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导 率的特点。电位差计法的测量原理。
• n→ 0：均匀分散状态
1. 极化、极化率、极化强度及其关系式
• 极化：在外电场作用下，介质内质点（原 子、分子、离子）正负电荷重心的分离， 形成偶极子
• 极化率：单位电场强度下，质点电偶极矩 的大小
• 极化强度：单位体积内的电矩总和
1. 极化、极化率、极化强度及其关系式
• 关系式
•
偶极子的电偶极矩： ＝q
电位差计法测量电阻线路图
EN G
E1
EX
a RX1 b K1 RN A R E
3
RX1－测量电阻 EN －标准电源
RN1－标准电阻 E1 －工作电源
R －可变电阻
2. 材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导 率的特点。电位差计法的测量原理。
K1→a，测量被测电阻的电压降UX1
K1→b，测量标准电阻的电压降UN1
∵RX1、RN1、R与E构成回路，电流均为I
U N1 U X 1 I RN 1 R X 1
RX 1
U X1 RN 1 U N1
3. 陶瓷材料电导按照载流子可以分为哪几种类型？采用什么 实验可以确定材料是电子电导或离子电导？
• 类型：电子电导、离子电导 • 利用霍尔效应可以确定材料是电子电导还 是离子电导
17. 根据缺陷化学反应式能正确写出缺陷浓度与氧分压的关系式，根据 电导率与氧分压的实验结果，推断材料缺陷。(ki>ks)
• 关键：质量作用定律、电中性条件 • 对阳离子空位，温度一定时，空穴浓度与 氧分压的1/6次方成正比，若迁移率不随氧 分压变化，则电导率与氧分压的1/6次方成 正比 • 对阴离子空位，温度一定时，电子浓度与 氧分压的1/6次方成正比，若迁移率不随氧 分压变化，则电导率与氧分压的1/6次方成 正比
4.迁移率µ＝v/E的物理意义。
• 迁移率是载流子在单位电场强度作用下的 迁移速度（cm/s· V）
5.电导率的一般表达式，各个参数的物理意义。 • 电导率的一般表达式为 n i qi i
• 宏观电导率σ与微观载流子浓度n，电荷量q 与迁移率μ的关系。μ（cm2/V· s）
i
6.本征离子电导的导电离子主要由什么缺陷提供？其载流子 浓度：n＝Nexp(−E/2kT)中E的物理意义是什么？
2. 材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极 法测量电导率的特点。电位差计法的测量原理。
体电导测量方法（若a－g间为 等电位，其表面电阻可忽略 ）
A r1 a r2
V
( r1 r2 ) 2 V
4h I
g
S

4
( r1 r2 ) 2
V b
RV
h
V h 4h V V I S ( r1 r2 ) 2
I V 2r
同理，电流由4流出样品时，在r处的电位为
I V 2r
2. 材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导 率的特点。电位差计法的测量原理。
根据电位叠加原理，探针2，3处的电位分别为
I 1 1 V2 ( ) 2 l 2l
2，3间的电位差
I V23 V2 V3 2l
17. 介质击穿的主要形式及其特征。
• 电击穿：当结构内的电子受电场作用而加速到一 定速度，以致通过碰撞而释放出附加的电子所产 生的击穿现象 • 电击穿从理论上可分为本征电击穿理论和“雪崩” 电击穿理论 • 本征电击穿理论：电子加速运动（动能）与晶格 振动的相互作用，把能量传递给晶格。当其处于 平衡时，介质中有稳定的电导，若电子能量大到 一定值而破坏平衡，电导由稳定态变为非稳定态。 • “雪崩”式电击穿理论：晶格的破坏过程，碰撞 电离后的自由电子的倍增，产生雪崩现象，以碰 撞电离后自由电子数倍增到一定值作为电击穿判 据
13.电子迁移率 me* 各参数的物理意义？影响迁移 率的主要因素？
e
• τ为平均自由运动时间，由载流子的散射强 弱决定，散射越弱，τ越长，µ越高 • m*为电子和空穴的有效质量，由材料性质决 定，m*越大，µ越低
14.本征半导体的电子浓度
• 本征半导体中的电子浓度为
* * n e nh 2(2kT / h 2 )3 / 2 (me mh ) exp(
• 无外加电场的热运动 • 外加弱电场作用下 • 外加强电场作用下
10.Nernst−Einstein方程
• • 该式建立了离子电导与扩散系数的关系
nq2 能斯特-爱因斯坦方程为 D kT
11. 影响离子电导率的主要因素是什么？如何影响？
• 温度：随着温度的升高，离子电导率按指 数规律增加，在低温下杂质电导占主要地 位，在高温下固有电导起主要作用 • 晶体结构：电导率随活化能按指数规律变 化，而活化能反映离子的固定程度，它与 晶体结构有关，那些熔点高的晶体，晶体 结合力大，相应活化能也高，电导率就低 • 晶格缺陷：离子晶体要具有离子电导的特 性，要求电子载流子的浓度小，离子晶格 缺陷浓度大并参与电导
14. 介质损耗的物理本质是什么？（电导损耗、 极化损耗）
• 电介质在恒定电场作用下所损耗的能量与 通过其内部的电流有关 • 加上电场后通过介质的全部电流包括： • 由样品的几何电容的充电所造成的电流， 简称电容电流，不损耗能量 • 由各种介质极化的建立所造成的电流，这 种电流引起的损耗称为极化损耗 • 由介质的电导（漏导）造成的电流，这种 电流引起的损耗称为电导损耗
2v0 q
8.离子电导率的通式σi＝σ0exp(-Wi/kT)，式中Wi为离子电导 活化能，其物理意义是什么？Wi的求法？
• Wi包括缺陷形成能与迁移能。 • 求法：由lnζi＝lnζ0-B/T，以lnζi和1/T为坐 标，可绘得一直线，从直线斜率B可求出活 化能W=BK
9. 离子扩散的主要形式有哪几种？
• 各参数物理意义：ε(0)为静态相对介电系数，ε∞ 为高频相对介电系数，τ为弛豫时间常数
15. 德拜方程以及各参数的物理意义，试分析频率 对ε′、ε′′的影响
• 频率对ε′、ε′′的影 响 • 当ωτ=1时，ε′′极 大，因而tgδ也极 大
16. 介电强度的定义？
• 介质的特性，如绝缘、介电能力，都是指 在一定的电场强度范围内的材料的特性， 即介质只能在一定的电场强度以内保持这 些性质。当电场强度超过某一临界值时， 介质由介电状态变为导电状态。这种现象 称介电强度的破坏，或叫介质的击穿 • 相应的临界电场强度称为介电强度，或称 为击穿电场强度
Eg
e
h ) e
E ) e e 2kT
) ( e h ) e ( N C N D )1/ 2 exp(
16.电子电导率：σ＝µne。说明在不同温度条件下，影响电导率的主要 因素：温度，杂质，缺陷。
• 在n型半导体的电导率表达式中，第一项与杂 质浓度无关，第二项与杂质浓度有关。高温时 第一项起主要作用，低温时第二项起主要作用 • 对本征半导体或高温时的杂质半导体，温度变 化不大时，σ0 可视为常数。lnσ0与1/T成直 线关系
《材料物理性能》期末复 习
电学部分
qi i • 电学部分重点为5.电导率的一般表达式 ni各 个参数的物理意义。13、17也是复习关键。i • 什么是电解质？（以离子传导的导电物质） • 迁移率、迁移数的概念
1.欧姆定律微分表达式j＝σE中各个参数的物理意义。
• 电流密度J：A/cm2 • 电导率ζ ：Ω-1· cm-1，S· cm-1，S为西门子 （Siemens ） • 电场强度E：V/cm
主电极 a
环形电极 g
全电极 b
2. 材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极 法测量电导率的特点。电位差计法的测量原理。
表面电导测量方法
圆片试样
A V a
Rs s
r1
r2
dx s 2x 2
ln
r2 r1
s
x
2 V r2 I ln r1
g h
b
2. 材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导 率的特点。电位差计法的测量原理。
• 极化率：＝ E loc
• 电介质极化系数（电极化率）： P n nE 0
6. 介质极化的类型及基本形式。
• 极化机制：电子极化、离子极化、偶极子转向极 化、空间电荷极化 • 极化形式：位移极化、松弛极化、自发极化
9. 松弛极化的特点是什么？
• • • • • 近程迁移 要克服势垒 建立时间较长 不可逆过程 消耗能量
15. 德拜方程以及各参数的物理意义，试分析 频率对ε′、ε′′的影响