無機(jī)材料 電導(dǎo)

1、第五章 無機(jī)材料的電導(dǎo)5.2電導(dǎo)的物理現(xiàn)象根據(jù)材料的電導(dǎo)率可把材料分為：超導(dǎo)體：N 10i5Qi.m-i 導(dǎo)體：在 1081Q4Q-i.m-i 半導(dǎo)體：在 10610r6Q-i.m-i 絕緣體：在 10-810-2ofl-i.m-i歐姆定律的微分形式：E： V/cm J =。EA/cm2)測(cè)試方法：1管狀試樣的體積電阻測(cè)試方法：1管狀試樣的體積電阻R =i r2 pr1dxV湍c 1 1 r=Pv 兩ln t12圓片試樣的體積電阻和體積電阻率D2圓片試樣的體積電阻和體積電阻率D4 hP v 兀(r + r )2 p123、表面電阻和表面電阻率 板狀式樣： R = p s x br dx 圓片試

2、樣：Rs= p s X疝=Pln(r r)232兀4、直流四端電極法1：適用于中高電導(dǎo)率的材料，能消除電極非歐姆接觸對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。HJRJSHHJRJSH屯棚株!量試樣ffi 6.7 四探針祇5在室溫下測(cè)量電導(dǎo)率常采用四探針法(該公式在試樣尺寸比探針間距近似無限大的情況下成立。 若測(cè)量薄膜等試樣，其結(jié)果必須進(jìn)行修正。ffi 6.7 四探針祇I A 111 、(+ ) 2nV l l l +1 l +1131223電流是電荷的定向移動(dòng)，有電流就必須有電荷的運(yùn)輸過程。電荷的載體即為載流子。材料的導(dǎo)電現(xiàn)象，其微觀本質(zhì)就是載流子在電場(chǎng)作用下的定向遷移！霍爾效應(yīng)：現(xiàn)象：置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它

3、的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng) 方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。原因：源于電子在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生橫向移動(dòng)。輿意義：證實(shí)了電子的粒子性，是電子電導(dǎo)的特征，利用其檢驗(yàn)材料是否存在電子電導(dǎo)。電解效應(yīng):, 離子電導(dǎo)的特征是具有電解效應(yīng)。, 離子的遷移伴隨著一定的質(zhì)量變化，離子在電極附近發(fā)生電子得失，產(chǎn)生新物質(zhì)，這就是電解現(xiàn)象 法拉第電解定律：電解物質(zhì)與通過的電量成正比。g=CQ=Q/F , g為電解物質(zhì)的量，Q為通過的電量，C為電化當(dāng)量，F(xiàn)為法拉第常數(shù)。, 利用電解效應(yīng)可以檢驗(yàn)1 /10 TOC o 1-5 h z ,材料是否存在離子導(dǎo)電v, 可以判定載流子

4、是正離子還是負(fù)離子u =萬遷移率和電導(dǎo)率敢一般表達(dá)式：(載流子在單位電場(chǎng)中的遷移速度)Eb =b =nq uii i iii該式反映了電導(dǎo)率的微觀本質(zhì)，即宏觀電導(dǎo)率與微觀載流子的濃度、每一種載流子的電荷量以及每一種載流子的遷 移率的關(guān)系。5.3離子電導(dǎo)離子電導(dǎo)是帶電荷的離子載流體在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。晶體的離子電導(dǎo)主要有兩類：固有離子電導(dǎo)(本征電導(dǎo))：源于晶體點(diǎn)陣的基本離子的運(yùn)動(dòng)，即離子自身隨著熱振動(dòng)離開晶格形成熱缺陷。(高 溫下顯著) 2 .雜質(zhì)電導(dǎo)：由固定較弱的離子運(yùn)動(dòng)造成的，主要是雜質(zhì)離子。(較低溫度下，雜質(zhì)電導(dǎo)顯著)一、載流子濃度1、本征電導(dǎo)：載流子一一弗侖克爾缺陷和肖特基缺陷。Nf

5、 = NNf = N expJ EJ2kT弗侖克爾缺陷濃度：EfEf：形成一個(gè)弗侖克爾缺陷(2)、肖特基缺陷N肖特基缺陷濃度：s=N expQ Es /2kT)Es:離解一個(gè)陰離子和一個(gè)陽離子并到達(dá)表面能量所需要的能量。:熱缺陷的濃度取決于溫度T和離解能E。:在高溫下，熱缺陷濃度較為顯著，本征電導(dǎo)才顯著。 E與結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般肖特基缺陷較弗侖克爾缺陷形成能低很多，容易形成。在結(jié)構(gòu)較為疏松，離子半徑很小 的的情況下，才能形成弗侖克爾缺陷。2、雜質(zhì)電導(dǎo)雜質(zhì)離子的存在，增加了電流載體數(shù)，而且使點(diǎn)陣發(fā)生畸變，雜質(zhì)離子離解活化能變小。雜質(zhì)載流子的濃度決定于雜質(zhì)的數(shù)量和種類。:低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要由雜

6、質(zhì)載流子濃度決定。二、離子遷移率離子電導(dǎo)的微觀機(jī)構(gòu)為載流子 離子的擴(kuò)散。間隙離子的擴(kuò)散過程就構(gòu)成了宏觀的離子間隙離子的擴(kuò)散過程就構(gòu)成了宏觀的離子遷移”。三、離子電導(dǎo)率1、離子電導(dǎo)的一般表達(dá)式 = A exp(- W /kT)s ss其中Ws稱為電導(dǎo)活化能，它包括缺陷形成能和遷移能。在溫度不高時(shí)，可以認(rèn)為As為常數(shù)，因而電導(dǎo)率由指數(shù) 項(xiàng)決定。本征離子電導(dǎo) = A exp(-W /kT)= A exp(-B /kT)111雜質(zhì)離子電導(dǎo)：b = A exp(- B / kT)雜質(zhì)電導(dǎo)率比本征電導(dǎo)率大得多2，因而離子晶體中，主要以雜質(zhì)電導(dǎo)為主。若物質(zhì)存在多種載流子，其總電導(dǎo)率為：b = A exp(B

7、 / T)2、擴(kuò)散與離子電導(dǎo).i(1)、離子擴(kuò)散機(jī)構(gòu):空位擴(kuò)散：較為容易。:間隙擴(kuò)散：較難進(jìn)行。亞晶格擴(kuò)散：比較容易產(chǎn)生。2 /10（2）、能斯脫-愛因斯坦方程c = Dxnq2kT擴(kuò)散系數(shù)與離子遷移率的關(guān)系D = r :qkT = BkTD擴(kuò)散系數(shù)B離子絕對(duì)遷移率四、離子電導(dǎo)率的影響因素1、溫度呈指數(shù)關(guān)系，隨溫度升高，電導(dǎo)率迅速增大。低溫下，雜質(zhì)電導(dǎo)占主要地位（曲線1）；高溫下，固有電導(dǎo)注意：剛玉瓷在低溫下，發(fā)生雜質(zhì)離子電導(dǎo)，在高溫下主要為電子電導(dǎo)，這種情況下也會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。2、晶體結(jié)構(gòu)活化能大小取決于晶體間各粒子的結(jié)合力。而晶粒結(jié)合力受如下因素影響：1離子半徑：離子半徑小，結(jié)合力大2離子電

8、荷：電價(jià)高，結(jié)合力大3堆積程度：結(jié)合愈緊密，可供移動(dòng)的離子 數(shù)目就少，且移動(dòng)也要困難些，可導(dǎo)致較低的電導(dǎo)率3、晶格缺陷離子晶體具有離子電導(dǎo)的必要條件：電子載流子的濃度小；缺陷濃度大，并且參與導(dǎo)電。影響晶格缺陷生成和濃度的主要原因：熱激勵(lì)形成晶格缺陷；不等價(jià)摻雜形成晶格缺陷；正負(fù)離子計(jì)量比隨著氣氛的變化而發(fā)生偏離。固體電解質(zhì)簡(jiǎn)介定義：具有離子電導(dǎo)的固體物質(zhì)稱為固體電解質(zhì)固體電解質(zhì)的電導(dǎo)以離子電導(dǎo)為主，但或多或少地具有電子電導(dǎo)，因此：a = a . + a e離子遷移數(shù)：=。/ =o./（o. + 0e）電子遷移數(shù)： te =氣/。=氣/（叩氣）遷移數(shù)表征各種載流子對(duì)總電導(dǎo)貢獻(xiàn)的比例！r銀離子、銅

9、高子、鈉離子、新高子等晶體.玻璃解電郵的分類餡能美棒感器類、高溫固體電解威、低溫團(tuán)體電解威固體電解質(zhì)一般有如下特征數(shù)據(jù)：1離子電導(dǎo)率應(yīng)在10-2102S/m范圍；2傳導(dǎo)離子在晶格中的活化能很低，約在0.010.1eV之間小結(jié)1、本征電導(dǎo)即離子、空位等的產(chǎn)生，這尤其是在高溫下十分顯著；雜質(zhì)電導(dǎo)雜質(zhì)離子是弱聯(lián)系離子，故在較低溫 度下其電導(dǎo)也表現(xiàn)得很顯著。2、A、固有電導(dǎo)（本征電導(dǎo)）中晶體的熱缺陷主要有兩類：弗侖克爾缺陷和肖特基缺陷，固有電導(dǎo)在高溫下才會(huì)顯著地增大；B、雜質(zhì)離子載流子的濃度決定于雜質(zhì)的數(shù)量和種類。低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要由雜質(zhì)載流子濃度決 定。3、離子遷移率：正離子順電場(chǎng)方向“遷移

10、”容易，反電場(chǎng)方向“遷移”困難。4、離子晶體的電導(dǎo)主要為雜質(zhì)電導(dǎo)5、離子擴(kuò)散機(jī)構(gòu)主要有：1、空位擴(kuò)散；2、間隙擴(kuò)散；3、亞晶格間隙擴(kuò)散6、影響離子電導(dǎo)率的因素：A、溫度，在低溫下，雜質(zhì)電導(dǎo)占主要地位（曲線1），高溫下，固有電導(dǎo)起主要作用。B、 晶體結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵點(diǎn)：活化能大小-決定于晶體間各粒子結(jié)合力，C、晶體缺陷5.4電子電導(dǎo)概述電子電導(dǎo)的載流子是電子或空穴；電子電導(dǎo)主要發(fā)生在導(dǎo)體和半導(dǎo)體中；能帶理論指出：在具有嚴(yán)格周期性電場(chǎng)的理想晶體中的電子和空穴，在絕對(duì)零度下的電子運(yùn)動(dòng) 時(shí)不受阻力，遷移率為無限大。當(dāng)周期性受到破壞時(shí)，才產(chǎn)生阻礙電子的運(yùn)動(dòng)的條件；電場(chǎng)周期破壞的來源是：晶格熱振動(dòng)、雜質(zhì)的引入、

11、位錯(cuò)和裂紋等；電子與點(diǎn)陣的非彈性碰撞引起電子波的散射是電子運(yùn)動(dòng)受阻的原因之一。一、金屬和半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理1、經(jīng)典自由電子理論（1）每個(gè)金屬原子的價(jià)電子是完全自由的，可以在整個(gè)金屬中自由運(yùn)動(dòng)，就像氣體分子能在一個(gè)容器內(nèi)自由運(yùn) 動(dòng)一樣（故把價(jià)電子稱作“電子氣”）；（2）完全自由的價(jià)電子遵守經(jīng)典力學(xué)，特別是氣體分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，遵循玻爾茲曼（Boltzmann）統(tǒng)計(jì)分布;無外加電場(chǎng)時(shí)，自由電子沿各方向運(yùn)動(dòng)的幾率相同，不產(chǎn)生電流；有外加電場(chǎng)時(shí)，自由電子沿電場(chǎng)方向作 宏觀定向移動(dòng)，形成電流;ne2l nene2l ne2 _ z = 1 2mv 2m經(jīng)典自由電子理論成功地導(dǎo)出了歐姆定律，并推導(dǎo)出金屬的電導(dǎo)

12、率。的計(jì)算公式:l :平均自由程7 :電子運(yùn)動(dòng)的平均速度n :單位體積的自由電子數(shù)m :自由電子質(zhì)量e :自由電子電荷:電子兩次碰撞之間的平均時(shí)間無法解釋一價(jià)金屬導(dǎo)電性優(yōu)于二、三價(jià)金屬，電阻率與溫度的關(guān)系與實(shí)驗(yàn)不符，亦不能解釋超導(dǎo)現(xiàn)象。2、量子自由電子理論（1）金屬中的價(jià)電子是完全自由的，但這些電子按泡利（Pauli）不相容原理的要求遵循費(fèi)米-狄拉克（Fermi-Dirac） 統(tǒng)計(jì)分布，非Boltzmann統(tǒng)計(jì)分布，即電子服從量子力學(xué)原理。（2）所有價(jià)電子都受到電場(chǎng)的加速，但只有那些在費(fèi)米球（Fermi Sphere）表面附近的電子才能夠?qū)щ?，而?是所有價(jià)電子都對(duì)導(dǎo)電有貢獻(xiàn)。即只有處于較高能

13、態(tài)的自由電子參與導(dǎo)電。（3（3）（4）金屬內(nèi)部的缺陷和雜質(zhì)是形成電阻的原因。電導(dǎo)率計(jì)算公式為： = n。t=n。.L2m2m pnef :單位體積內(nèi)參與導(dǎo)電的有效自由電子數(shù)t ：兩次散射之間的平均時(shí)間p :單位時(shí)間內(nèi)散射的次數(shù)，散射幾率量子自由電子論的缺陷：無法解釋直流電導(dǎo)率對(duì)溫度的依賴關(guān)系；無法解釋某些金屬的電導(dǎo)率可能是各向異性 的；無法說明為什么固體都包含大量的電子但其導(dǎo)電性卻相差如此之大，以至于可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體 這樣最基本的問題，假定不合理一一晶體中的電子并不自由，受離子勢(shì)場(chǎng)的作用；電子的能量是不連續(xù)的等。3、能帶理論a能級(jí)的分布可以看成是準(zhǔn)連續(xù)的，金屬中的價(jià)電子是公有化，能量

14、是量子化b金屬中離子造成的勢(shì)場(chǎng)是不均勻的，而是呈周期變化的c電子在周期勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨著位置的變化，它的能量也呈周期性的變化(接近正離子時(shí)勢(shì)能降低，離開時(shí)勢(shì)能 增高)d價(jià)電子在金屬中的運(yùn)動(dòng)不能看成完全自由的，而是受到周期勢(shì)場(chǎng)的作用e由于周期勢(shì)場(chǎng)的影響，使得價(jià)電子在金屬中以不同能量狀態(tài)分布的能帶發(fā)生分裂，即有某些能態(tài)電子是不能取值 的，存在能隙晶體中原子排列具有周期性，那么晶體中的勢(shì)場(chǎng)也具有周期性，稱為周期性勢(shì)場(chǎng)。能級(jí)一一在孤立原子中，原子核外的電子按照一定的殼層排列，每一殼層容納一定數(shù)量的電子。每個(gè)殼層上的 電子具有分立的能量值，也就是電子按能級(jí)分布。為簡(jiǎn)明起見，在表示能量高低的圖上，用一條條

15、高低不同的水平 線表示電子的能級(jí)，此圖稱為電子能級(jí)圖。能帶一一當(dāng)原子相互接近形成晶體時(shí)，不同原子的內(nèi)外各電子殼層之間就有了一定程度的交疊。由于電子殼層 的交疊，電子不再完全局限在某一個(gè)原子上，電子受到周期性勢(shì)場(chǎng)的微擾作用可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)成為 電子的共有化運(yùn)動(dòng)。電子的這種共有化的運(yùn)動(dòng)，使本來處于同一能量狀態(tài)的電子產(chǎn)生微小的能量差異，與此相對(duì)應(yīng)的能級(jí)擴(kuò)展為能帶。 分裂的每一個(gè)能帶都稱為允帶，允帶之間有禁帶。原子的外層電子(高能級(jí))，勢(shì)壘穿透概率較大，電子可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)，稱為共有化電子。原子的 內(nèi)層電子與原子核結(jié)合較緊，一般不是共有化電子。原子之間靠近而產(chǎn)生的相互作用使原子能級(jí)的

16、簡(jiǎn)并消除，是固體中出現(xiàn)能帶的關(guān)鍵！有關(guān)能帶被占據(jù)情況的幾個(gè)名詞允帶：電子可以具有的能級(jí)所組成的能帶稱為允帶。在允帶中每個(gè)能級(jí)只允許有兩個(gè)自旋反向的電子存在滿帶：一個(gè)允帶所有的能級(jí)都被電子填滿的能帶價(jià)帶：排滿電子或部分排滿電子導(dǎo)帶:未排電子最靠近價(jià)帶而其能量比較高的能帶，一般是由原子中價(jià)電子的第一激發(fā)態(tài)能級(jí)分裂而成的能帶禁帶(不能排電子)導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的電子能級(jí)不存在的區(qū)段。禁帶的寬窄取決于周期勢(shì)場(chǎng)的變化幅度，變化越大，禁帶越寬。三種導(dǎo)電理論的主要特征的變化經(jīng)典自由電子理論：連續(xù)能量分布的價(jià)電子在均勻勢(shì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)量子自由電子理論：不連續(xù)能量分布的價(jià)電子在均勻勢(shì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng). 能帶理論：不連續(xù)能量分

17、布的價(jià)電子在周期性勢(shì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)其中，能帶理論是在量子力學(xué)研究金屬導(dǎo)電理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它成功定性地闡明了晶體中的電子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。實(shí)例：以能帶理論解釋導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體導(dǎo)電性的差異解：它們的導(dǎo)電性能不同，是因?yàn)樗鼈兊哪軒ЫY(jié)構(gòu)不同。價(jià)帶未滿，價(jià)帶與導(dǎo)帶重疊導(dǎo)體:在外電場(chǎng)的作用下，大量共有化電子很 易獲得能量，集體定向流動(dòng)形成電流。從能級(jí)圖上來看，是因?yàn)槠涔灿谢娮雍芤讖牡湍芗?jí)躍遷到高能級(jí)上去。絕緣體：在外電場(chǎng)的作用下，共有化電子很難接受外電場(chǎng)的能量，所以形不成電流。從能級(jí)圖上來看，是因?yàn)闈M帶（價(jià)帶）與空帶之間（導(dǎo)帶）有一個(gè)較寬的禁帶（Eg約36 eV），共有化電 子很難從低能級(jí)（滿帶）躍遷

18、到高能級(jí)（空帶）上去。半導(dǎo)體:的能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體類似，滿帶與空帶之間也是禁帶，但是禁帶很窄（E g約0.12 eV ）。TE二、電子遷移率TE1經(jīng)典自由電子理論.=I =翌T松馳時(shí)間，與晶格缺陷及溫度有關(guān) E me2量子力學(xué)理論：m*電子的有效質(zhì)量t為平均自由運(yùn)動(dòng)時(shí)間，由載流子散射強(qiáng)弱來決定。m%電子的有效質(zhì)量自由電子 M晶體中的電子3叫m*決定于電子與晶格的相互作用強(qiáng)度對(duì)于氧化物，m* = 210m ；e對(duì)于堿性鹽，m* = 1/2me。散射的兩個(gè)原因61、晶格散射晶格振動(dòng)引起的散射叫做晶格散射；溫度越高，晶格振動(dòng)越強(qiáng)，對(duì)載流子的晶格散射也將增強(qiáng)，遷移率降低。2、電離雜質(zhì)散射由電離雜質(zhì)產(chǎn)生的

19、正負(fù)電中心對(duì)載流子有吸引或排斥作用，當(dāng)載流子經(jīng)過帶電中心附近時(shí)，就會(huì)發(fā)生散射作用。電離雜質(zhì)散射的影響與摻雜濃度有關(guān)，摻雜越多，載流子和電離雜質(zhì)相遇而被散射的機(jī)會(huì)也就越多。溫度越高，散 射作用越弱。高摻雜時(shí)，溫度越高，遷移率越小。三、載流子濃度晶體中只有導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶頂部的空穴才能參與導(dǎo)電！:導(dǎo)體中，導(dǎo)帶與價(jià)帶之間沒有禁帶，電子進(jìn)入導(dǎo)帶不需要能量；: 半導(dǎo)體中，禁帶比較窄，電子的躍遷比較容易；絕緣體中，禁帶比較寬，電子由價(jià)帶到導(dǎo)帶的躍遷不容易發(fā)生。1、本征半導(dǎo)體的載流子濃度特點(diǎn)元素周期表中的IVA族的C、Si、Ge、Sn、Pb原子間的結(jié)合是共價(jià)鍵本征半導(dǎo)體一指純凈的無結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶！導(dǎo)

20、電機(jī)理自由電子和電子空穴在外加電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)形成電流！注意：1本征激發(fā)成對(duì)地產(chǎn)生自由電子和空穴，自由電子濃度和空穴濃度相等2禁帶寬度越大，載流子濃度越小3溫度升高時(shí)，載流子濃度增大4載流子濃度與原子濃度相比是極小的，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很微弱2、雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。（1）、n型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）加五價(jià)元素：磷、砷、銻，晶體中自由電子濃度增加。原因：五價(jià)元素的原子有五個(gè)價(jià)電子；頂替晶格中的一個(gè)四價(jià)原子時(shí)，有一個(gè)價(jià)電子變成多余；這個(gè)價(jià)電子能級(jí)ED靠近導(dǎo)帶底，（ECE D）比Eg小得多多余價(jià)電子具有大于（eced）的能量，進(jìn)

21、入導(dǎo)帶成為自由電子五價(jià)元素稱為施主雜質(zhì)；ed施主能級(jí)；（ec-ed）施主電離能n型半導(dǎo)體中，自由電子濃度大，自由電子稱為多數(shù)載流子（多子）；空穴稱為少子在電場(chǎng)作用下，以電子導(dǎo)電為主（電子型半導(dǎo)體）（2）、p型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）摻入三價(jià)雜質(zhì)元素：硼、鋁、鎵、銦，空穴濃度增加多余一個(gè)空位置，其它同n型半導(dǎo)體三價(jià)元素稱為施主雜質(zhì)；ea施主能級(jí)p型半導(dǎo)體中，空穴濃度大，空穴稱為多數(shù)載流子（多子）；自由電子稱為少子本征半導(dǎo)體:本征半導(dǎo)體的載流子是由熱激發(fā)產(chǎn)生的，其濃度與溫度成指數(shù)關(guān)系b= NeEg/2kTn +%by-EJ2kT本征半導(dǎo)體:本征半導(dǎo)體的載流子是由熱激發(fā)產(chǎn)生的，其濃度與溫度成指數(shù)關(guān)系b

22、= NeEg/2kTn +%by-EJ2kT)本征半導(dǎo)體或者高溫時(shí)雜質(zhì)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系可以簡(jiǎn)寫為:直線斜率可以求出半導(dǎo)體禁帶寬度7 / 10五、電子電導(dǎo)率的影響因素1、溫度對(duì)電導(dǎo)率的影響在溫度變化不大時(shí)，電導(dǎo)率與溫度關(guān)系符合指數(shù)式。總的遷移率以受散射的控制：（1）聲子對(duì)遷移率的影響可寫成RL=aT-3/2（溫度越高，遷移率越低）（2）雜質(zhì)離子對(duì)遷移率的影響可寫成4=bT3/2 （溫度越高，遷移率越高）上兩式中，a，b為常數(shù)，決定于不同的材料?？傔w移率1/ R=1/ rL+1/rI，可知，低溫下雜質(zhì)離子散射項(xiàng)起主要作用；高溫下，聲子散射項(xiàng)起主要作用。一般R受T的影響比起載流子濃度n受T

23、的影響要小得多。因此電導(dǎo)對(duì)溫度的依賴關(guān)系主要取決于濃度項(xiàng)2、雜質(zhì)以及缺陷的影響不等價(jià)原子替代在禁帶中形成雜質(zhì)能級(jí)，影響導(dǎo)電性能。:雜質(zhì)缺陷：雜質(zhì)必須符合置換幾何原理；:組分缺陷：陽離子空位（NiO、FeO、CoO）陰離子空位（TiO2、SnO2、ZrO2）間隙離子5.5玻璃態(tài)電導(dǎo)5.5玻璃態(tài)電導(dǎo)純凈玻璃的電導(dǎo)很小，但是有堿金屬離子存在時(shí)，電導(dǎo)會(huì)大大增加。玻璃中有堿金屬離子時(shí)，基本表現(xiàn)為離子電導(dǎo)。雙堿效應(yīng)：堿金屬離子總濃度相同的情況下，含兩種堿金屬離子比含一種堿金屬離子的玻璃電導(dǎo)要低。原因分析：小離子遷移留下的空位比大離子留下的空位小，因而大離子只能通過本身的空位遷移；小離子進(jìn)入大離子空位中，產(chǎn)

24、生應(yīng)力，不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生干擾，使電導(dǎo)率降低；大離子不能進(jìn)入小空位，使通路堵塞，妨礙小離子的遷移，遷移率降低壓堿效應(yīng)：含堿玻璃中加入二價(jià)金屬氧化物，特別是重金屬氧化物，使玻璃的電導(dǎo)率降低。相應(yīng)的陽離子半 徑越大，這種效應(yīng)越強(qiáng)。原因分析：二價(jià)離子與玻璃中的氧結(jié)合牢固，堵塞遷移通道，堿金屬的離子遷移困難，電導(dǎo)降低。5.6無機(jī)材料的電導(dǎo)一、多晶多相固體材料的電導(dǎo)多晶多相陶瓷材料的電導(dǎo)是各種電導(dǎo)機(jī)制的綜合作用，有電子電導(dǎo)，也有離子電導(dǎo)。電子的激活能小，遷移率高，材料的電導(dǎo)主要受電子電導(dǎo)的影響。絕緣材料的生產(chǎn)中要嚴(yán)格控制 燒結(jié)氣氛，減少電子電導(dǎo)。薄膜及超細(xì)顆粒有大量晶界，增加離子及電子的散射，電阻增加。少量

25、氣孔分散相，氣孔率增加，陶瓷材料的電導(dǎo)率減少二、無機(jī)材料電導(dǎo)的混合法則設(shè)陶瓷由晶粒和晶界組成，且界面的影響和局部電場(chǎng)的變化等因素可以忽略，則總電導(dǎo)率為：b n = V b n+V b nn =-1時(shí)相當(dāng)于串聯(lián)狀態(tài)；n = 1時(shí)相當(dāng)于并聯(lián)狀態(tài)；n = 0時(shí)，對(duì)應(yīng)于晶粒均勻分散在晶界中的情況。lnb = V lnb +V Inb實(shí)際材料中，當(dāng)晶粒和晶界之間的電導(dǎo)率、介電常數(shù)、多數(shù)載流子差異很大時(shí)，往往在晶粒和晶 界之間產(chǎn)生相互作用，引起各種陶瓷材料特有的晶界效應(yīng)。小結(jié)1玻璃態(tài)電導(dǎo)：在含有堿金屬離子的玻璃中，基本上表現(xiàn)為離子電導(dǎo)。純凈玻璃的電導(dǎo)率一般較小，但少量的堿金屬離子可使電導(dǎo)大大地增加。2、電

26、導(dǎo)率。與堿金屬含量間的關(guān)系，要注意三種現(xiàn)象：i）堿金屬含量不大時(shí)，。與堿金屬含量 呈直線關(guān)系，堿金屬只增加離子數(shù)目，ii）雙堿效應(yīng)，iii）壓堿效應(yīng)3、對(duì)介質(zhì)材料應(yīng)盡量減少玻璃相的電導(dǎo)。4、晶相、玻璃相和氣孔相，三者間量的大小及其相互間的關(guān)系決定了陶瓷材料電導(dǎo)率的大小。5、雜質(zhì)與缺陷為影響導(dǎo)電性的主要內(nèi)在因素。6、少量氣孔分散相，氣孔率增加，陶瓷材料的電導(dǎo)率減少。5.7半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)一、晶界效應(yīng)1、壓敏效應(yīng) 壓敏效應(yīng)：對(duì)電壓變化敏感的非線性電阻效應(yīng)。即在某一臨界電壓以下，電阻值非常高，可以認(rèn) 為是絕緣體，當(dāng)超過臨界電壓（敏感電壓），電阻迅速降低，讓電流通過。I （匕）aI一電阻器流過的電

27、流V 施加電壓C一電阻，其值難測(cè)定，常用一定電流下（通常為1mA）所施加的電壓Vc來代替C 值，即：C = Vc/I a 一非線性指數(shù)，其值越大，壓敏特性越好。2、PTC效應(yīng)（正溫度系數(shù)效應(yīng)或熱敏效應(yīng)）PTC效應(yīng)：電阻率隨溫度上升發(fā)生突變，增大了 34個(gè)數(shù)量級(jí)，是價(jià)控型鈦酸鋇半導(dǎo)體特有，電阻率突變溫 度在相變（四方相與立方相轉(zhuǎn)變）溫度或居里點(diǎn)。PTC電阻率溫度特性PTC現(xiàn)象的機(jī)理（Heywang晶界模型）：1）n型半導(dǎo)體陶瓷晶界具有表面能級(jí)；2）表面能級(jí)可以捕獲載流子，產(chǎn)生電子耗損層，形成肖特基勢(shì)壘。3）肖特基勢(shì)壘高度與介電常數(shù)有關(guān)，介電常數(shù)越大，勢(shì)壘越低；4）溫度超過居里點(diǎn)，材料的介電常數(shù)急劇減小，勢(shì)壘增高，電阻率急劇增加。二、表面效應(yīng)表面效應(yīng)：半導(dǎo)體表面吸附氣體時(shí)電導(dǎo)率發(fā)生變化。吸附氣體的種類：H2、O2、co、ch4、h2o等。半導(dǎo)體表面