華南理工大學846電介質物理學考研真題整理版

1、846 華南理工大學 2012 年攻讀碩士學位研究生入學考試試卷 （請在答題紙上做答，試卷上做答無效，試后本卷必須與答題紙一同交回） 科目名稱：電介質物理學 適用專業(yè)：材料學；微電子學與固體電子學 本卷滿分：150 分 共 3 頁 第 1 頁 一、 填充題（50分） 1. 填寫下列定義和概念（40分，每空2分） （1）電導率不為零的介質電容器，在恒定電場作用下，電流由三部分組成：電容電流（無功電流）極化電流傳導電流；其中，極化電流是介質在交變電壓作用下引起介質損耗的重要來源。（2）當外電場頻率足夠高，偶極子轉向將完全跟不上電場周期變化時，電介質的極化以電子位移極化離子位移極化為主；與熱運動有關

2、的極化形式偶極子轉向極化熱離子松弛極化；空間電荷極化主要出現(xiàn)在不均勻電介質中。（3）依照導電載流子種類的不同，電介質的電導可以分成以下幾種形式：離子電導；電子電導；電泳電導。固體電介質中，在強電場下以電子電導為主，在弱電場下以離子電導為主，電泳電導出現(xiàn)在液體電介質中。 （4）鐵電體的極化強度隨外施電場E而變化的性質可用電滯回線來表示，它也是判斷晶體是否具有鐵電性的依據(jù)；當交變電場變化一周時，鐵電體所消耗的能量可用電滯回線包圍的面積來表示。鐵電材料只有在某一溫度范圍內具有鐵電性，高于居里溫度時為順電相，低于居里溫度時為鐵電相。判斷材料有無鐵電性的依據(jù)是能否觀察到電滯回線。2. 寫出下列參數(shù)的定義

3、式（10分，每空2分） 電位移與電場強度之間的表達式為： 假設單位體積電介質內導電載流子的數(shù)目為，每個載流子所帶電荷為，載流子沿電場方向漂移的平均速度為，則單位時間內通過垂直于電場方向、面積為平面的電荷，即電流強度可表示為：。 當介質中只有一種松弛極化時，加上電場，松弛極化強度與時間的關系可近似地表示為： 在離子晶體中，考慮本征電導和弱系離子電導時，電導率隨溫度變化的關系式可以寫成：。 氣體電介質自持放電的條件為：。二、 簡答題（75分） 1. 有效電場、平均宏觀場強指的是什么? 洛倫茲有效電場由哪幾部分組成的? 對于非極性氣體電介質，寫出洛倫茲有效電場具體的數(shù)學表示式。（12分） 有效電場指

4、作用在某一極化粒子上的局部電場，它應為極板上的自由電荷以及除這一被考察的極化粒子以外其他所有粒子形成的偶極矩在該點產(chǎn)生的電場。平均宏觀場強指極板上自由電荷以及電介質中所有極化粒子形成的偶極矩共同的作用場強。對于非極性氣體電介質，寫出洛倫茲有效電場具體的數(shù)學表示式為2. 什么是電介質的極化? 試說明電介質極化的種類及其機理。（15分） 在外電場作用下，電介質的內部沿電場方向感應偶極矩，在電介質表面出現(xiàn)極化電荷的現(xiàn)象稱為電介質的極化。電介質極化主要有5種：電子位移極化；其機理是在外加電場作用下，電子云相對于原子核逆電場方向移動，電子云重心與原子核重心分離形成感應偶極矩。離子位移極化；其機理是外加電

5、場作用下，正、負離子沿相反方向移動，對形成的偶極矩不再互相抵消，極化強度不為零而呈現(xiàn)宏觀電矩。偶極子轉向極化；其機理是極性分子受到電場的作用時，每個偶極子都將受到電場力矩的作用，使它們轉向與外電場平行的方向，當偶極矩與電場的方向相同時，偶極矩的位能最小，就電介質整體而言，電矩不再為零而出現(xiàn)與外電場同向的宏觀電矩。熱離子松弛極化；其機理是由于電介質中存在某些弱聯(lián)系的帶電質點；這些帶點質點在電場作用下定向遷移，使局部離子過剩。結果在電解質內部建立起電荷的不均勻分布，形成電矩。當極化完成時間較長、外加電場的頻率比較高時，極化方向往往滯后于外電場的變化，這種現(xiàn)象稱為“松弛”，這種極化形式稱為熱離子松弛

6、極化?？臻g電荷極化；機理是電介質中的自由電荷載流子（正、負離子或電子）可以在缺陷和不同介質的界面積聚，形成空間電荷的局部積累，使電介質中的電荷分布不均，形成宏觀電矩。3. 什么是德拜函數(shù)，請作出德拜函數(shù)圖。（12分） 德拜函數(shù)為、函數(shù)圖參照P129的圖2-154. 請用氣體介質的碰撞電離理論解釋固體介質中的電擊穿，并給出固體電介質發(fā)生電擊穿的判斷依據(jù)。（10分） 固體電介質的電擊穿理論是建立在氣體電介質的碰撞電離理論上的。所以，可以用氣體中發(fā)生電子碰撞游離來推斷固體電介質的擊穿場強。固體介質發(fā)生電擊穿的判斷依據(jù)是電子從電場獲得的能量速率大于電子與晶格碰撞消耗的能量速率。5. 固體電介質的體積電

7、導和表面電導有何區(qū)別？影響電介質表面電導的因素有哪些，請舉例。（11分） 電介質的體積電導是電介質的一個物理特性參數(shù)，主要取決于電介質本身的組成、結構、雜質含量及電介質所處的工作條件（如溫度、氣壓、輻射等）。這種體積電導電流流經(jīng)整個電介質。電介質的表面電導不僅與電介質本身的性質有關，而且還與周圍的環(huán)境溫度、濕度、表面結構以及形狀、表面沾污等情況密切相關。P172影響電介質表面電導的因素：空氣濕度電介質表面的分子結構電介質表面的狀況6. 請說明壓電晶體、熱釋電晶體和鐵電晶體之間的關系。畫出鐵電體極化強度P與電場強度E之間的曲線關系，標出相關重要參數(shù)以及其位置。（15分） 三、 綜合題（25分）

8、1. 已知聚苯乙烯相對分子質量M=104，密度=1.041.06 g/cmn562)HC(CHCH3，線膨脹系數(shù)L=1×10-4 /oC，光折射率n=1.51.6，相對介電系數(shù)=2.52.6， 求聚苯乙烯的電子位移極化率。（10分） 2. 一平行板真空電容器，極板上的電荷面密度=2×10-6 C/m2 ?，F(xiàn)充以r =12的介質，若極板上的自由電荷保持不變，計算真空和介質中的E、P、D各為多少? 束縛電荷產(chǎn)生的場強是多少? （15分）846 華南理工大學 2011 年攻讀碩士學位研究生入學考試試卷 （請在答題紙上做答，試卷上做答無效，試后本卷必須與答題紙一同交回） 科目名稱：

9、電介質物理學 適用專業(yè)：材料學，微電子學與固體電子學 本卷滿分：150 分 共 2 頁 第 1 頁 一、 填充題：（50分） 1、 填空（32分，每空2分） （1）在外電場作用下，電介質內部沿電場方向將產(chǎn)生感應偶極矩，在電介質表面出現(xiàn)極化電荷，這種現(xiàn)象稱為電介質的極化。電介質極化后，電介質表面的極化電荷將削弱極板上的自由電荷所形成的電場，這種由極化電荷產(chǎn)生的場強被稱為退極化電場。 （2）空間電荷極化是不均勻電介質在電場作用下的一種主要的極化形式。極化的起因是電介質中的自由電荷載流子（正、負離子或電子）可以在缺陷和不同介質的界面上積聚，形成空間電荷的局部積累，使電介質中的電荷分布不均勻，產(chǎn)生宏觀

10、電矩。 （3）諧振損耗來源于原子、離子、電子在振動或轉動時所產(chǎn)生的共振效應，這種效應發(fā)生在紅外到紫外的光頻范圍。電磁波在介質中傳播的相速度及介質的折射率依賴于頻率，折射率隨頻率的變化形成色散現(xiàn)象。 （4）電子未能將能帶填滿，或能帶完全空著沒有電子，這種能帶稱為導帶（空帶）。在一個能帶與另一個能帶之間范圍是不允許電子存在的，這樣的能帶就稱為禁帶。 （5）離子晶體本征電導的載流子濃度與晶體結構的緊密程度和離子半徑的大小有關。結構緊密的晶體，主要形成肖特基缺陷，而結構松散的晶體，特別是當其中一種離子的尺寸較小時，主要形成弗倫克爾缺陷。 （6）鐵電體的自發(fā)極化在外電場作用下反轉時，電疇的結構會發(fā)生很大

11、的變化，稱為疇的極化反轉過程。鈦酸鋇中極化反轉分兩步進行，首先是新疇的成核，然后是核的向前線性生長。 2、 寫出下列參數(shù)的定義或表達式：（18分，每空3分） （1）克勞休斯莫索締方程的表達式：（2）熱離子松弛極化的定義：由于電介質中存在某些弱聯(lián)系的帶電質點，在電場作用下作定向移動而產(chǎn)生的極化，稱為熱離子松弛極化。 （3）居里外斯定律的表達式：（4）Cole-Cole 圓的方程式：（5）電暈的定義：在不均勻電場中，當器件中某一區(qū)域的電壓達到起始游離電壓值，在這一區(qū)域出現(xiàn)淡紫色的輝光，稱為電暈。（6）電疇的定義：鐵電體的自發(fā)極化并非整個晶體同方向，而是包含有各個不同方向的自發(fā)極化小區(qū)域。在每一個小

12、區(qū)域內，極化均勻、方向相同，存在一固有電矩，這個小區(qū)域稱為電疇。二、簡答題：（75 分） 1、氯化鈉型離子晶體在電場作用下將發(fā)生電子、離子位移極化。試解釋溫度對氯化鈉型離子晶體介電常數(shù)的影響。(10 分) 求溫度對介電系數(shù)的影響，可利用，對溫度求導得出：由上式可知，由于電介質的密度減小，使得電子位移極化率及離子位移極化率所貢獻的極化強度都減小，第一項為負值；但溫度升高又使離子晶體的彈性聯(lián)系減弱，離子位移極化加強，即第二項為正值；然而第二項又與第一項相差不多。所以氯化鈉型離子晶體的介電系數(shù)是隨溫度的上升而增加，只是增加得非常慢。2、為什么在工程技術中表征電介質的介質損耗時不用損耗功率，而用損耗角

13、正切? 為何在實際測量中得到的關系曲線中往往沒有峰值出現(xiàn)? (12 分) 損耗功率，而用損耗正切角相比，可以直接用儀表測量。如果介質中電導損耗比較大，松弛極化損耗相對來說比較小，以致松弛極化的特征可能被電導損耗的特性所掩蓋。隨著電導損耗的增加，的頻率、溫度特性曲線中的峰值將變得平緩，甚至看不到峰值的出現(xiàn)。圖p122的圖2-12（a）3、考慮本征電導和弱系離子電導時，寫出離子晶體的電導率隨溫度變化關系式， 并繪出曲線；當雜質含量增加時，曲線該如何變化? (13 分) 考慮本征電導和弱系離子電導時，離子晶體的電導率隨溫度變化關系式是：第一項表示本征離子電導，第二項表示弱系離子電導低溫時以弱系離子電

14、導為主高溫時以本征離子電導為主，圖在p166雜質含量越大，轉折點溫度越高。4、非自持放電和自持放電的主要區(qū)別是什么? 自持放電的條件及物理意義是什么? (15 分) 氣體電介質的擊穿，一半又稱為氣體電介質的放電。在電場強度達到點之前，雖然已經(jīng)發(fā)生了碰撞電離，但此時若將外界電離因素取消，氣體的放電將逐漸減弱，直到最后停止，這種放電稱為非自持放電。而在點之后，即使將外界電離因素去掉，放電仍能繼續(xù)維持的，稱為自持放電，實際上也就達到了氣體電介質的擊穿。是氣體電介質自持放電的條件，物理意義：除去外界電離因素，由于還存在著正離子撞擊陰極時釋放出來的電子，這電子恰好代替了在外界電離因素作用下由陰極出發(fā)的那

15、一個電子。因此，即使取消了外界電離因素的作用，而放電強度依然維持不變。5、什么是固體電介質在空氣中的沿面放電? 有何特點? 如何提高器件的沿面放電電壓? (15 分) 固體電介質表面電場不均勻（由于表面不均勻）導致局部表面空氣被擊穿，稱為沿面放電。沿面放電的特點：沿面放電電壓低于氣體的放電電壓。沿面放電電壓與固體電介質的表面狀態(tài)有關，如吸潮、污染等。交流電壓下的沿面放電電壓比直流下的低。沿面放電電壓與電極的布置、形狀有關。為了防止器件沿面放電，固體電介質表面的清潔、干燥十分重要，對特殊結構的器件，有采用灌封以保證電極清潔不吸潮的方法。為了提高器件的沿面放電電壓，還必須改變電極形狀，使它圓滑，消

16、除電場的集中，如用半球圓槽圍邊、加厚電介質的邊沿、延長放電距離等，這一類方法在電子陶瓷高壓器件中得到了廣泛應用。6、為什么四方鈦酸鋇晶體中只有反平行的180度疇和互相垂直的90度疇? (10 分) 由于晶體中熱運動的能量特別低的鈦離子是隨機地產(chǎn)生的，同一晶體中會出現(xiàn)幾個電疇形成的中心，所以，晶體從高溫冷卻通過居里點時，通常都將形成多疇結構。并且，由于氧八面體中的6個氧離子位于互相垂直的三個軸上，鈦離子的自發(fā)位移方向只能是反平行的和互相垂直的。因此四角鈦酸鋇晶體中只有反平行的180度疇和互相垂直的90度疇。三、綜合題：（25 分） 在室溫25度下，有一圓片介質電容器直徑為，厚度為，其靜態(tài)電容為，

17、直流電導率為，折射率為1.6，單一松弛時間常數(shù)為。計算：電介質的靜態(tài)介電常數(shù)；下的介電常數(shù)，介電損耗；復介電常數(shù)方程。（25分）（，玻爾茲曼常數(shù)，電荷電量）電介質的靜態(tài)介電常數(shù)下的介電常數(shù)846 華南理工大學 2010 年攻讀碩士學位研究生入學考試試卷 （請在答題紙上做答，試卷上做答無效，試后本卷必須與答題紙一同交回） 科目名稱：電介質物理學 適用專業(yè)：材料學，微電子學與固體電子學 共 2 頁 第 1 頁 一、 填充題：（50分） 1. 填寫下列定義和概念：（40分，每空2分） 根據(jù)湯姆遜理論，提高氣體電介質的擊穿電壓有兩個途徑：利用高氣壓或者高真空；應用高抗電強度的氣體。 要提高電介質的介電

18、系數(shù)，可以從三個方面著手：提高單位體積內極化粒子數(shù)N；選取極化率大的粒子組成電介質；增強作用于極化粒子的有效電場Ee。 根據(jù)電介質的物理結構，電介質的極化形式主要包括：電子位移極化；離子位移極化；偶極子轉向極化；熱離子松弛極化；空間電荷極化。 依照導電載流子種類的不同，電介質的電導可以分成以下幾種形式：離子電導；電子電導；電泳電導。在固體電介質中，在強電場下以電子電導為主，在弱電場下以離子電導為主。 鐵電體的自發(fā)極化并非整個晶體同方向，而是包含有各個不同方向的自發(fā)極化小區(qū)域。在每一個小區(qū)域內，極化均勻、方向相同，存在一固有電矩，這個小區(qū)域稱為電疇，分隔相鄰區(qū)域的界面稱為疇壁。鐵電材料只有在某一

19、溫度范圍內具有鐵電性，高于居里溫度時為順電相，低于居里溫度時為鐵電相。判斷材料有無鐵電性的依據(jù)是能否觀察到電滯回線。2. 寫出下列參數(shù)的定義式：（10分，每空2分） 極化強度與電場強度之間的表達式為：。 損耗角正切由下式定義：。 居里外斯定律可表示為：。 在離子晶體中，考慮本征電導和弱系離子電導時，電導率隨溫度變化的關系式可以寫成：。 氣體電介質自持放電的條件為：。二、簡答題：（75分） 1. 什么是瞬間極化、緩慢式極化？它們所對應的微觀機制各代表什么？（10分） 在遠低于光頻的頻率范圍，電子位移極化和離子位移極化所建立的時間可以忽略不計，通常把它們稱作快極化或瞬間極化。而熱離子極化、偶極子轉

20、向極化等，極化建立所需的時間相對來說比較長，這一類極化稱作緩慢式極化或松弛極化。電子、離子的位移極化的極化完成的時間非常短，在秒的范圍內，當外電場的頻率在光頻范圍內時，極化能跟得上外電場交變頻率的變化，不會產(chǎn)生極化損耗；而松弛極化的完成所需時間比較長，當外電場的頻率比較高時，極化將跟不上交變電場的頻率變化，產(chǎn)生極化滯后的現(xiàn)象，出現(xiàn)松弛極化損耗。2. 具有松弛極化的電介質，加上電場以后，松弛極化強度與時間的關系式如何描述?宏觀上表征出來的是一個什么電流?（12分） 加上電場以后，松弛極化強度與時間的關系式宏觀上表征出來的是極化電流，只是在加上電壓時才存在的，并且是時間的函數(shù)，隨時間的增加逐漸衰減

21、最后降低至零。3. 不均勻電場中的放電現(xiàn)象如何？與均勻電場中的放電有何區(qū)別？（13分） 在不均勻電場中（實際上器件中電場分布大多數(shù)都是這種情況），當器件中某一區(qū)域的電壓達到起始游離電壓值時，首先在這一區(qū)域出現(xiàn)淡紫色的輝光電暈，形成一穩(wěn)態(tài)的區(qū)域放電；電壓進一步提高，電暈變成刷形放電，形成幾道明亮的光束，呈現(xiàn)出來的是樹枝狀的火花放電，但這時放電還未到達對面電極，只是光束的位置不斷地改變；電壓再提高，樹枝狀的火花閃電般地到達對面電極，形成貫穿電極間的飛弧，這樣就導致了電介質最后被擊穿。與均勻電場的放電的區(qū)別：在不均勻電場中氣體電介質的擊穿電壓比起始游離電壓高許多。在均勻電場中，電暈、刷形放電、飛弧幾

22、乎同時發(fā)生，所以一出現(xiàn)電暈，氣體電介質很快就被擊穿了。在不均勻電場中，當極間距離很小時，放電的最后兩個階段也分辨不出來，只是在大距離的情況下才能區(qū)別開來。4. 在針尖對平板的不均勻電場中，氣體介質擊穿時，正針極時的擊穿電壓與負針極時的擊穿電壓哪個高？為什么？（12分） 負針極比正針極的擊穿電壓高。當針尖為正時，正的空間電荷削弱了針尖附近的電場，加強了正空間電荷到極板之間的弱電場。這種情況相當于高電場區(qū)從針尖移向板極，像是正電極向負電極延伸了一段距離，因此擊穿電壓比針尖為負時低。當針尖為負時，正空間電荷包圍了針電極，加強了針尖附近的電場，而削弱了正空間電荷到極板之間的電場，使極板附近原來就比較弱

23、的電場更加減弱了，像是增加了針尖的曲率半徑，電極板間的距離雖然縮短了一些，但電場卻均勻了，因此負針-板電極的擊穿電壓高于正針-板的擊穿電壓。5. 請說明壓電晶體、熱釋電晶體和鐵電晶體之間的關系，并給出鐵電晶體具有的顯著特征（五個以上）。（13分） 6. 試畫出以下物質在交流電場作用下的P-E回線示意圖：導體、線性無損耗介質、線性有損耗介質、非線性無損耗介質、鐵電體（標出其相關重要參數(shù)）。（15分） 三、綜合題：（25分） 已知一種介質材料的靜態(tài)介電常數(shù)s = 25，折射率n = 2，活化能U = 0.5eV；當溫度T = 27時，松弛極化時間常數(shù) = 3×10-2s。分別求出（玻爾茲

24、曼常數(shù)k=1.38×10-23，電荷電量e=1.6×10-19）： (1) 27下，和 對應的極值頻率值（5分）。max (2) 127下，對應的極值頻率值（5分）。 (3) 27、極值頻率下 、tg和、 、 值（8分）。max (4) 127、1000Hz下的、 、tg值（7分）。 846 華南理工大學 2009 年攻讀碩士學位研究生入學考試試卷 （請在答題紙上做答，試卷上做答無效，試后本卷必須與答題紙一同交回） 科目名稱：電介質物理學 適用專業(yè)：微電子學與固體電子學 共 2 頁 第 1 頁 一、 填充題：（50分） 1. 填寫下列定義和概念：（40分，每空2分） 電介質

25、損耗包括電導損耗、松弛極化損耗、諧振損耗（色散與吸收）。 要提高電介質的介電系數(shù)，可以從三個方面著手：提高單位體積內極化粒子數(shù)n0；選取極化率大的粒子組成電介質；增強作用于極化粒子的有效電場Ee。 氣體常見的幾種放電形式有：電暈放電、電弧放電、火花放電、輝光放電。 固體電介質的離子電導包括和電子電導，在高溫以離子電導為主，在低溫以電子電導為主。 根據(jù)電介質的絕緣性能破壞的原因，電介質的擊穿形式有熱擊穿、電擊穿、電化學擊穿。 鐵電體的自發(fā)極化并非整個晶體同方向，而是包含有各個不同方向的自發(fā)極化小區(qū)域。在每一個小區(qū)域內，極化均勻、方向相同，存在一固有電矩，這個小區(qū)域稱為電疇，分隔相鄰區(qū)域的界面稱為

26、疇壁。 根據(jù)碰撞電離理論，固體電介質發(fā)生電擊穿的判斷依據(jù)是電子從電場獲得的能量速率大于電子與晶格碰撞消耗的能量速率。 2. 寫出下列參數(shù)的定義式：（10分，每空2分） 損耗角正切由下式定義：。 氣體電介質自持放電的條件為：。 松弛時間。 在離子晶體中，考慮本征電導和弱系離子電導時，電導率隨溫度變化的關系式可以寫成：。 居里外斯定律可表示為：。 二、 問答題：（75分） 1 適合洛倫茲有效電場時，電介質的介電系數(shù)和極化率有什么關系？寫出其溫度系數(shù)的關系式。（10分) 電介質的介電系數(shù)和極化率關系滿足克勞修斯方程其介電系數(shù)的溫度系數(shù)的關系式：2 什么叫電子位移極化？（4分）試比較 ， ，離子的電子

27、位移極化率大??？（4分）怎樣獲得介電系數(shù)大的電介質？（4分） 在外電場作用下，電子云相對于原子核逆電場方向移動，電子云重心與原子核重心分離形成感應偶極矩。這種極化稱為電子位移極化。離子的電子位移極化率隨著離子半徑及價電子數(shù)的增加而增加。<<要提高電介質的介電系數(shù)，可以從三個方面著手：提高單位體積內極化粒子數(shù)N；選取極化率大的粒子組成電介質；增強作用于極化粒子的有效電場Ee。3. 根據(jù)德拜理論，在溫度為已知函數(shù)的情況下，、tan與頻率的關系如何？且作圖。(10) P131的圖2-164 什么是固體電介質在空氣中的沿面放電？固體電介質在空氣中的沿面放電有何特點和危害？如何防止高壓、大功

28、率的電子陶瓷器件在空氣中的沿面放電？(13分) 固體電介質表面電場不均勻（由于表面不均勻）導致局部表面空氣被擊穿，稱為沿面放電。沿面放電的特點：沿面放電電壓低于氣體的放電電壓。沿面放電電壓與固體電介質的表面狀態(tài)有關，如吸潮、污染等。交流電壓下的沿面放電電壓比直流下的低。沿面放電電壓與電極的布置、形狀有關。沿面放電的危害：導致器件表面產(chǎn)生火花，之后不能正常使用為了防止器件沿面放電，固體電介質表面的清潔、干燥十分重要，對特殊結構的器件，有采用灌封以保證電極清潔不吸潮的方法。為了提高器件的沿面放電電壓，還必須改變電極形狀，使它圓滑，消除電場的集中，如用半球圓槽圍邊、加厚電介質的邊沿、延長放電距離等，

29、這一類方法在電子陶瓷高壓器件中得到了廣泛應用。5 試用能帶理論解釋金屬、半導體、絕緣體的導電性質。固體電介質中產(chǎn)生導電電子的機構有哪些？ (10) 上圖a表示電子全部充滿到某個能帶，而其上面的能帶則完全空著，沒有電子。填滿電子的能帶稱為滿帶，完全沒有電子的能帶稱為空帶，具有這種能帶結構的固體通常稱為絕緣體。上圖b表示滿帶上面的能帶不是全部空著而是有一部分能級被電子填充，這樣的固體稱為導體。圖c所示的能帶結構的固體也稱為導體，因為這時能帶結構中最上面的能帶和其上面的空帶部分重疊，沒有禁帶，當加上電場時，滿帶上部的電子便可向重疊的空帶移動從而產(chǎn)生電流。有些固體在純凈的狀態(tài)下是半導體，它們能帶結構與

30、絕緣體相同，不過禁帶的寬度較窄，如圖d所示，因而在滿帶中的部分電子，在某一溫度下，受熱運動的影響，能夠被激發(fā)而越過禁帶，進入到上面的空帶中去而成為自由電子，產(chǎn)生導電性。固體電介質中產(chǎn)生電子電導的三種機構：（1）本征激發(fā)：從價帶躍遷到導帶，隨溫度呈指數(shù)增長關系，一般電介質在常溫下其電導率可忽略（2）隧道效應：當電場較強時，電子則可能通過隧道效應穿過勢壘后到達導帶或陽極而形成電子電導。包括的隧道效應有：陰極導帶，電介質價帶陽極，電介質價帶導帶，雜質能級導帶。強電場作用下比較明顯。（3）雜質電離：實際電子電導的主流6 具有自發(fā)極化的鐵電晶體，其極化強度P與電場強度E之間呈非線性關系，構成電滯回線，畫

31、出電滯回線圖；標出相關重要參數(shù)以及其位置。(10分) 7什么是電疇？請描述中電疇的極化反轉過程，以及其主要特點。（10分） 鐵電體中自發(fā)極化并非整個晶體同方向，而是包含有各個不同方向的自發(fā)極化小區(qū)域。在每一個小區(qū)域內，極化均勻、方向相同，存在一固有電矩，這個小區(qū)域稱為電疇。鈦酸鋇中極化反轉分兩步進行，首先是新疇的成核，然后是核的向前線性生長。如果沿鈦酸鋇晶體的自發(fā)極化軸加上電場，實驗證明，與電場方向一致的180°電疇并不是通過其疇壁的側向移動，犧牲反向疇為代價進行擴張，而是在電疇內部沿著試樣的邊緣，在靠近電極處生長出許多極化方向與外電場方向一致的尖劈狀新疇。新疇成核以后，便在電場作用

32、下向前推進，穿透整個試樣。電場增強時，新疇不斷出現(xiàn)，不斷向前發(fā)展并波及整個反向疇，最終這種反向電疇變成與外電場方向一致，并與相鄰的同向疇合并為一個體積更大的同向軸。其主要特點：相鄰電疇的自發(fā)極化方向反平行三、 綜合題：（25分） 1已知聚苯乙烯的相對介電常數(shù)r2.5，線膨脹系數(shù)l=10-4/°C，求金屬化聚苯乙烯薄膜電容器的電容溫度系數(shù)。（13分） 2 已知直徑為10mm、厚度為1mm的介質電容器，其電容為2000pf，損耗角正切為0.02。試計算： 電介質的相對介電系數(shù)；（2分） 損耗因子tan；（2分） 在交變電場的頻率為50Hz、50MHz時的交流電導；（4分） 外加10V、1

33、KHz正弦電壓時的泄漏電流。（4分） 846 華南理工大學 2008 年攻讀碩士學位研究生入學考試試卷 （請在答題紙上做答，試卷上做答無效，試后本卷必須與答題紙一同交回） 科目名稱：電介質物理學 適用專業(yè)：微電子學與固體電子學 共 3 頁 第 1 頁 一、 填充題：（50分） 1. 填寫下列定義和概念：（30分，每空2分） 電介質在外電場的作用下，將一部分電能轉變成熱能的物理過程，稱為電介質的損耗。 若兩平行板之間充滿均勻的電介質，在外電場作用下，電介質的內部將感應出偶極矩，與外電場垂直的電介質表面上出現(xiàn)與極板上電荷反號的極化電荷，這種現(xiàn)象稱為電介質的極化。電介質極化后，電介質表面的極化電荷將

34、削弱極板上的自由電荷所形成的電場，這種由極化電荷產(chǎn)生的場強被稱為退極化電場。 在離子晶體中，除存在電子位移極化以外，在電場作用下，還會發(fā)生正、負離子沿相反方向位移形成離子位移極化。 空間電荷極化是不均勻電介質在電場作用下的一種主要的極化形式。極化的起因是電介質中的自由電荷載流子可以在缺陷和不同介質的界面上積聚，形成空間電荷的局部積累，使電介質中的電荷分布不均勻，產(chǎn)生宏觀電矩。 熱離子松弛極化是由于電介質中某些弱聯(lián)系的帶電質點在電場作用下作定向遷移，使局部離子過剩，結果在電介質內部建立起電荷的不對稱分布，形成電矩。 依照導電載流子種類的不同，電介質的電導可以分成以下幾種形式：離子電導；電子電導；

35、電泳電導。在固體電介質中，在強電場下以電子電導為主，在弱電場下以離子電導為主；電泳電導出現(xiàn)在液體電介質中。 根據(jù)碰撞電離理論，固體電介質發(fā)生電擊穿的判斷依據(jù)是電子從電場獲得的能量速率大于電子與晶格碰撞消耗的能量速率。 2. 寫出下列參數(shù)的定義式：（20分，每空2分） 庫侖定律用公式可表示為：。 電位移D與電場強度E之間的表達式為：。 假設單位體積電介質內導電載流子的數(shù)目為，每個載流子所帶電荷為，載流子沿電場方向漂移的平均速度為，則載流子的遷移率為：。 氣體電介質自持放電的條件為：。 居里外斯定律可表示為：。 松弛時間。 當介質中只有一種松弛極化時，松弛極化強度與時間的關系可近似地表示為： 。

36、洛倫茲洛倫斯方程為：。 在離子晶體中，考慮本征電導和弱系離子電導時，電導率隨溫度變化的關系式可以寫成：。 損耗角正切由下式定義： 。 二、 問答題：（75分） 1. 什么叫電介質的極化？電介質極化有幾種形式？哪些是瞬間極化，哪些是緩慢式極化？(10分) 若兩平行板之間充滿均勻的電介質，在外電場作用下，電介質的內部將感應出偶極矩，與外電場垂直的電介質表面上出現(xiàn)與極板上電荷反號的極化電荷，這種現(xiàn)象稱為電介質的極化。電介質極化的5種形式：電子位移極化、離子位移極化、偶極子轉向極化、熱離子松弛極化、空間電荷極化。在遠低于光頻的頻率范圍，電子位移極化和離子位移極化所建立的時間可以忽略不計，通常把它們稱作快極化或瞬間極化。而熱離子極化、偶極子轉向極化等，極化建立所需的時間相對來說比較長，這一類極化稱作緩慢式極化或松弛極化。2. 什么叫空間電荷極化，它的起因是什么？給出雙