第七講薄膜材料物理第三章金屬薄膜的導電ppt課件

1、第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導電金屬薄膜的導電第三章第三章 金屬薄膜的導電續(xù)）金屬薄膜的導電續(xù)） 第七第七講講3/22212()3mENh /()3 21 23238224mmdNEdEv dvhh 212Emv()()3322xyzxyzmdNdv dv dvdp dp dphh3.4.2 金屬中的電流密度金屬中的電流密度固體物理知固體物理知,金屬單位體積中的狀態(tài)數(shù)為：金屬單位體積中的狀態(tài)數(shù)為：由此知能量間隔由此知能量間隔dE,dE,或者處在能量間隔中的狀態(tài)數(shù)為：或者處在能量間隔中的狀態(tài)數(shù)為：或?qū)懗桑夯驅(qū)懗桑旱谄咧v第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導電金屬薄膜的導電32()xxxyz

2、mv qfdNqv fdv dv dvh 32()xxxyzmJqfv dv dv dvh 可見：可見：2/n32/n3是相空間中單位體積的態(tài)數(shù)是相空間中單位體積的態(tài)數(shù)所以，在單位體積內(nèi)在所以，在單位體積內(nèi)在vxvx+dvx,vyvy+dvy,vzvz+dvzvxvx+dvx,vyvy+dvy,vzvz+dvz內(nèi)的電子數(shù)為：內(nèi)的電子數(shù)為：fdNfdN因此，所有電子在因此，所有電子在x x方向上所形成的電流密度為：方向上所形成的電流密度為：在平衡狀態(tài)下，分布函數(shù)在平衡狀態(tài)下，分布函數(shù)f=f0f=f0費米費米狄拉克分布狄拉克分布. .Jx=0Jx=0即：即：這些電子在這些電子在x x方向上所形成的

3、電流密度為：方向上所形成的電流密度為：302 ()0 xxxyzmJqv f dv dv dvh 第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導電金屬薄膜的導電在非平衡狀態(tài)下有外力作用用分布函數(shù)在非平衡狀態(tài)下有外力作用用分布函數(shù)f=f0+f1f=f0+f1取代取代f0,f0,即可：即可：30131233210002 ()()2 ()2 ()sincosxxxyzxxyzvmJqvffdv dv dvhmqv f dv dv dvhmqf vdvd dh 3002()xyzmndnff dv dv dvh 在金屬單位體積中的總電子數(shù)為：在金屬單位體積中的總電子數(shù)為：( (直角坐標直角坐標) )（球坐標

4、）（球坐標）第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導電金屬薄膜的導電3023200022()2()sin8()3FFvxyzvvFmnf dv dv dvhmvdvd dhmvh 若若T=0K,vvF(T=0K,vvF(費米速度費米速度) f0=0) f0=0（在室溫下，仍具有代表性）（在室溫下，仍具有代表性） (直角坐標直角坐標)（球坐標）（球坐標）第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導電金屬薄膜的導電 若沿若沿x x方向加一電場方向加一電場F,F,則薄膜內(nèi)的電子將獲得則薄膜內(nèi)的電子將獲得x x方向方向的凈漂移速度的凈漂移速度. .3.4.3 連續(xù)薄膜的電導理論連續(xù)薄膜的電導理論( (無規(guī)

5、熱運動無規(guī)熱運動+ +有規(guī)場速速度有規(guī)場速速度) )電子在兩次碰撞之間，經(jīng)過一個距離電子在兩次碰撞之間，經(jīng)過一個距離平均自由程平均自由程xx1k1的情況下：的情況下：31;8bk 3 813 8bbkk bbb 厚度很厚的厚度很厚的薄膜的數(shù)值薄膜的數(shù)值第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導電金屬薄膜的導電3.4.4 對連續(xù)薄膜電導的討論對連續(xù)薄膜電導的討論 薄膜特點：表面效應，晶粒較小，晶界較多，薄膜特點：表面效應，晶粒較小，晶界較多，雜質(zhì)多，缺陷多雜質(zhì)多，缺陷多 b，b，b應該是厚度很大的薄膜的數(shù)值。應該是厚度很大的薄膜的數(shù)值。 1313818bkk dkb bdk 可可見見薄薄膜膜的的電

6、電阻阻率率越越大大于于塊塊狀狀材材料料當薄膜的兩個表面或者一個表面和一個界面）當薄膜的兩個表面或者一個表面和一個界面）相同時。對于全市漫反射的情況，在相同時。對于全市漫反射的情況，在k1k1的條件下，的條件下，有：有：而而第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導電金屬薄膜的導電31(1)8pk b b（實際上（實際上k0.1k0.1，上述結(jié)論也能給出滿意的結(jié)果），上述結(jié)論也能給出滿意的結(jié)果） 而而k0.1k1k1有：有：第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導電金屬薄膜的導電當表面光滑程度達到傳導電子的波長約當表面光滑程度達到傳導電子的波長約0.5nm0.5nm）數(shù)量級以后，漫反射才顯著減少例

7、如數(shù)量級以后，漫反射才顯著減少例如: :襯底用：在超高真空中就劈裂的云母片襯底用：在超高真空中就劈裂的云母片 在基片上先沉積一層在基片上先沉積一層Bi2O3Bi2O3薄膜薄膜對于薄膜兩個表面的反射情況不同對于薄膜兩個表面的反射情況不同 p qzozd 參參數(shù)數(shù)參參數(shù)數(shù)31 b b（2 2- -p p- -q q）1 16 6k k（z=o.p參數(shù)；參數(shù)；z=d,q參數(shù)）參數(shù)）在在k1k1時，有：時，有：第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導電金屬薄膜的導電然而，對于部分漫反射情況占多數(shù)，其薄膜電阻率為：然而，對于部分漫反射情況占多數(shù)，其薄膜電阻率為：31(1)8bpk kdb 021,bbm

8、vnq 308()3mvnh 而塊狀材料的電阻率為：而塊狀材料的電阻率為：332231311() 1(1)()8()838()bFbFbshhpmv qdmv q 所以有：所以有：第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導電金屬薄膜的導電83(1)sdp 為表面散射電子的平均自由程，其值為為表面散射電子的平均自由程，其值為馬提生定則：塊狀材料的電阻率等于聲子，雜質(zhì)，馬提生定則：塊狀材料的電阻率等于聲子，雜質(zhì)，缺陷位錯，空位，填隙，應變）缺陷位錯，空位，填隙，應變）和晶界所引起的電阻率之和，所以有：和晶界所引起的電阻率之和，所以有： 式中式中s 3231111( )8 () bFpmfihmv q 聲聲子子 雜雜質(zhì)質(zhì) 缺缺陷陷 晶晶界界第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導電金屬薄膜的導電所以，金屬薄膜延續(xù)的電阻率為：所以，金屬薄膜延續(xù)的電阻率為：32311111()8() = bFpmfispmfishmv q 聲聲子子 雜雜質(zhì)質(zhì) 缺缺陷陷 晶晶界界 表表面面散散射射 if 晶晶界界缺缺陷陷（ 退退火火晶晶粒粒長長大大，晶晶界界減減小?。┩送嘶鸹饘Ρ∧?/p>