電介質(zhì)及其介電特性電導

關于電介質(zhì)及其介電特性電導1第1頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月2現(xiàn)象：在外電場作用下，電介質(zhì)中載流子沿電場方向遷移形成泄漏電流的物理現(xiàn)象——電介質(zhì)的電導。表征：用電阻率或電導率分別表示單位長度和單位截面積材料的電阻和電導。是表征材料導電性的宏觀參數(shù)，與材料的幾何尺寸無關。單位：Ω.m或S/m1.概述——共性問題電導率：通過材料的電流密度與電場強度之比。在線性電介質(zhì)中為常數(shù)。第2頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月31.1一般關系式

如果介質(zhì)中的載流子(自由電荷)密度n0、載流子在電場作用下平均遷移速度、和載流子的電荷q設電介質(zhì)在均勻電場E作用下，在t時間之內(nèi)通過截面積S的總電荷量l=t為載流子在t時間之內(nèi)沿電場方向遷移的距離則電流密度：概述——共性問題第3頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月4

在外電場作用下，載流子的宏觀平均遷移速度與電場強度之間成比例關系：

此式是表征電介質(zhì)導電性能的宏觀參數(shù)與其微觀參數(shù)n0、、q

的一般關系式，也是研究各種物質(zhì)電導性質(zhì)最基本的普適關系式。概述——共性問題式中為載流子的遷移率，表示載流子在單位電場強度作用下所獲得的宏觀平均速度，單位為（m2/V·s）代入上式可得介質(zhì)電導率第4頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月51.2電導的分類概述——共性問題電介質(zhì)電導電子電導離子電導膠粒電導按導電載流子種類分：電導率范圍/（S/m）材料絕緣體10-16~10-8聚乙烯、各種高分子聚合物、聚氯乙烯、云母、變壓器油、堿玻璃半導體10-8~10-2有機半導體、蒽、CuO、Si、Ge導體10-2~108Ni、Cu、Ag根據(jù)常溫常壓下電導率的大小分：第5頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月6概述——共性問題氣態(tài)液態(tài)固態(tài)金屬絕緣體導體導體鍺絕緣體導體導體（常溫）絕緣體（0K）碳導體(非晶和片狀晶態(tài))絕緣體(正四面體)NaCl絕緣（常壓）導體（極高壓力）物質(zhì)的導電性與其凝聚狀態(tài)及組成結構有關：電介質(zhì)電導固體電導液體電導氣體電導第6頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月7

電子（空穴）載流子是通過熱激發(fā)、光激發(fā)、電極注入等方式產(chǎn)生。從能帶理論來看，電介質(zhì)的禁帶寬度較大，常溫下熱激發(fā)載流子很少，在光照或強場電極注入的情況下才有明顯的電子電導。弱電場作用下，固體和液體電介質(zhì)中的載流子主要是離子，離子的來源可能是組成介質(zhì)的分子離解或是雜質(zhì)的離解，前者為本征離子后者為雜質(zhì)離子。參與介質(zhì)導電的載流子并非介質(zhì)中的全部離子，而是與主體結構聯(lián)系較弱或易于遷移的部分活化離子。這些活化離子的產(chǎn)生和在電場作用下的定向遷移都與質(zhì)點的熱運動有關，所以也有“熱離子電導”之稱。概述——共性問題第7頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月8離子晶體的離子電導離子晶體是正負離子以離子鍵相結合，并有周期性。離子晶體中絕大部分離子都處于晶格點陣的格點上作熱運動，并不直接參與導電。參與導電的載流子，是由于熱激發(fā)從格點上躍遷到點陣間的填隙離子和點陣上失去了離子的點陣空位，從而構成離子電導和離子空位電導。討論介質(zhì)電導主要是研究載流子的產(chǎn)生、濃度和遷移。2.離子晶體的離子電導

第8頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月92.1晶體中缺陷的產(chǎn)生

離子晶體中載流子的形成與晶體中缺陷的產(chǎn)生有關，晶體中的缺陷主要有兩類：弗蘭凱爾（Frenkel）缺陷：

離子晶體中如含有半徑較小的離子，由于熱激發(fā)這些離子有可能從晶格點位置躍遷到點陣間形成填隙離子，同時在點陣上產(chǎn)生一個空位。這種填隙離子和離子空位，同時成對產(chǎn)生的缺陷。離子晶體的離子電導第9頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月10肖特基（Shottky）缺陷：

離子半徑較大，難以進入點陣間形成穩(wěn)定的填隙離子；離子將達到晶體的表面構成新的晶格點陣，晶格內(nèi)只留下空位而無填隙離子，形成單一的離子空位缺陷。

由于熱運動，離子晶體中的缺陷不斷的產(chǎn)生又不斷地復合消失。在一定溫度下，缺陷的產(chǎn)生和復合處于動態(tài)平衡，缺陷的濃度保持一恒定值。根據(jù)熱力學和統(tǒng)計力學，可以計算出在一定溫度下平衡狀態(tài)離子缺陷的濃度值——離子晶體中的載流子濃度。離子晶體的離子電導第10頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月11

根據(jù)熱力學定律，體系自由能F與體系內(nèi)能U和熵S有：2.2晶體中的缺陷濃度離子晶體的離子電導

系統(tǒng)的熵S與系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)W遵從：式中k為玻爾茲曼常數(shù)。

系統(tǒng)的內(nèi)能U及微觀狀態(tài)數(shù)W均與缺陷濃度n有關，當系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)下應有

由此就可確定離子晶體中的缺陷濃度。第11頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月12此時微觀狀態(tài)數(shù)：設：晶體點陣上格點濃度為N；晶體點陣間位置的濃度為N’；晶體點陣上的離子空位濃度為nf；晶體點陣間的填隙離子濃度nf’

；

uf

為晶體點陣上離子到達點陣間形成填隙離子和空位所需的能量。離子晶體的離子電導弗蘭凱爾缺陷濃度：第12頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月13如離開點陣上格點的離子都躍遷到點陣間成為填隙離子，則nf=nf’，有

根據(jù)平衡態(tài)條件可求得弗蘭凱爾缺陷濃度離子晶體的離子電導

通常第13頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月14離子晶體的離子電導肖特基缺陷濃度：設：晶體點陣上的離子空位濃度為ns；晶體點陣上的離子濃度N

；

us

為點陣上離子離開格點到達晶體表面所需的能量。此時晶體的微觀狀態(tài)數(shù)：

則

根據(jù)平衡態(tài)條件可求得肖特基缺陷濃度：

通常N>>ns，則有第14頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月15本征載流子濃度，由晶體結構的緊密程度和離子半徑的大小決定。導電離子半徑大，晶體結構緊密，則形成肖特基缺陷，由離子空位產(chǎn)生電導；反之則形成弗蘭凱爾缺陷，由點陣空間的填隙離子及點陣上的離子空位形成離子電導和空位電導。載流子在電場作用下的遷移具有熱躍遷的性質(zhì)。如由于熱運動離開格點進入點陣間的填隙離子，可以稱為活化離子?；罨x子也非完全自由，仍被周圍鄰近離子所束縛，而處在一最低勢能位置作熱運動。當離子的熱振動能超過周圍臨近分子對它的束縛勢壘時，離子才能離開其原先的位置而遷移。由于熱振動而引起的離子遷移，在無外電場作用時也存在。電場則改變了離子在不同方向的遷移數(shù)，從而產(chǎn)生了宏觀的定向遷移。離子晶體的離子電導第15頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月16

假設離子沿三個軸線互相垂直的六個方向躍遷的幾率相等。因此活化離子的濃度為n0時，在每一個方向可躍遷的活化離子濃度應為n0/6。離子熱振動的能量服從玻爾茲曼分布，熱振動的頻率為，因此可以得到，沿某一規(guī)定方向，每秒鐘內(nèi)克服躍遷勢壘u0，躍遷到新的平衡位置的活化離子濃度n為：2.3離子的遷移離子晶體的離子電導第16頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月17

設活化的填隙離子帶正電q，電場沿x正方向。由于電場的作用，離子沿x方向由A向B遷移所需克服的勢壘將降低u，而由B向A遷移所需克服的勢壘則上升u。每秒沿X方向產(chǎn)生的過剩遷移離子數(shù)：離子晶體的離子電導第17頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月18弱電場下，則有：若離子每次躍遷的距離為，則弱電場下活化離子沿電場方向的平均漂移速度和遷移率μ離子晶體的離子電導第18頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月19離子晶體的離子電導弱電場作用下，填隙離子所引起的離子電導率：

強電場下，弱電場作用下，離子空位所引起的離子電導率：

第19頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月20離子晶體的離子電導電導率隨溫度的變化規(guī)律可寫成簡化形式：介質(zhì)中同時具有兩種導電機制時，如本征離子電導和雜質(zhì)離子電導，則電導率隨溫度的變化：

如式中1表示本征離子電導，2表示雜質(zhì)離子（或弱束縛離子）電導，則A1>A2,B1>B2,u1>u2

。，

雜質(zhì)對KCl晶體導電率的影響

1、2、3、4，分別含SrCl2（19、6.1、1.9、0）×10-4第20頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月21離子晶體的離子電導

根據(jù)多種堿鹵晶體的電導率與溫度關系，求得離子電導總勢壘u表明：堿鹵晶體中的負離子半徑按F、Cl、Br、I次序增大，離子電導勢壘顯著下降（右圖）。熔點亦降低，這說明晶體結構的松弛，引起離子活化能及躍遷勢壘的降低，故電導總勢壘下降。第21頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月22

石英、高分子有機介質(zhì)、液體介質(zhì)等非離子性介質(zhì)，它們主要由共價鍵分子組成。這類介質(zhì)在弱電場下的電導主要是由雜質(zhì)離子引起，但也會存在電子及膠體產(chǎn)生的電導。一般電導率很低。其電阻率隨溫度的變化也都遵從熱離子電導相似的規(guī)律：非離子性介質(zhì)的離子電導3.非離子性介質(zhì)的離子電導

1-電工瓷2-高頻瓷

3-超高頻瓷4-剛玉瓷第22頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月23

根據(jù)液體介質(zhì)中的離子來源，液體介質(zhì)離子電導可分為本征離子電導和雜質(zhì)離子電導。本征離子電導是介質(zhì)本身的基本分子熱離解而產(chǎn)生的離子所形成，在強極性液體介質(zhì)中（如有機酸、醇、酯類等）才明顯存在。雜質(zhì)離子是外來雜質(zhì)分子（如水、酸、有機鹽等）或液體的基本分子老化的產(chǎn)物（如有機酸、醇、酯、酚等）離解而產(chǎn)生的離子，往往是液體介質(zhì)中離子的主要來源。液體介質(zhì)的離子電導非離子性介質(zhì)的離子電導（1）離子的來源第23頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月24

極性液體分子和雜質(zhì)分子在液體中，僅有極少的一部分離解成為離子參與導電。非離子性介質(zhì)的離子電導分子（AB）離解形成正負離子（A+、B-）：分子離解形成正負離子，必須越過勢壘ua，即分子離解的活化能。如果分子的濃度為N0，AB原子團之間的相對熱振動頻率為0，且分子熱振動能量分布服從波爾茲曼分布，則單位體積內(nèi)，每秒鐘離解的分子數(shù)N為：uuar0r1u0其中K0

表示每秒鐘能發(fā)生離解的有效熱振動次數(shù)：分子的離解速率N與分子濃度成正比，并與溫度呈指數(shù)關系增加。第24頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月25復合速率Z為：非離子性介質(zhì)的離子電導正負離子（A+、B-）碰撞復合成分子（AB）：——離子的復合系數(shù)在動態(tài)平衡條件下，N=Z，由此可得離子濃度：分子的離解度：n0和均隨溫度的增高呈指數(shù)關系而增加。第25頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月26離子的遷移率與固體中離子熱躍遷相似，在弱電場下：非離子性介質(zhì)的離子電導（2）離子的遷移及電導率與溫度的關系得到離子電導率與溫度及物質(zhì)特性參數(shù)的關系：

當外加電場強度遠小于擊穿場強時，液體介質(zhì)的離子電導率為一與電場強度無關的常數(shù)，其導電規(guī)律遵從歐姆定律。在考慮溫度變化時，可忽略系數(shù)項隨溫度的變化，則：第26頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月27液體介質(zhì)的電泳電導與華爾屯定律

在液體介質(zhì)中，往往存在一些不同組成的膠粒，如變壓器油中的雜質(zhì)，水分進入某些液體介質(zhì)也可能形成乳化狀態(tài)的膠體溶液。這些膠粒均帶有一定的電荷。當膠粒的介電常數(shù)大于液體的介電常數(shù)時，膠粒往往帶正電；反之，膠粒帶負電。4.液體介質(zhì)的電泳電導與華爾屯定律

——華爾屯定律定律表明：液體介質(zhì)的電泳電導率和粘度雖然都與溫度有關，但電泳電導率與粘度的乘積為一與溫度無關的常數(shù)。華爾屯定律對本征離子電導近似符合，不適用雜質(zhì)離子電導，這也是區(qū)別膠體電導和雜質(zhì)離子電導機理的方法之一。第27頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月28電介質(zhì)的強場電導1.材料的電接觸特性2.載流子的增殖過程3.載流子的輸運過程4.強場下的電流特性第28頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月29強場電導的基本特征：

電介質(zhì)的強場電導

載流子主要是電子電導非歐姆性具有非線性伏安特性第29頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月30物理性質(zhì)典型的半導體如硅、鍺等典型的絕緣體如NaCl、聚合物等禁帶Eg(eV)0.8～1.2≥5.0本征載流子濃度(m-3)T=300K2.8×1012T=300KT=500K10-181載流子遷移率(m2V-1s-1)10-4～1≤10-8本征電導率(Ω·m)-14.5×10-5～0.45≤10-45≤10-27電離雜質(zhì)濃度(m-3)1018～1024大多在室溫下電離≤2×10-9≤105雜質(zhì)電導率(Ω·m-1)1.6×10-5～1.6×105≤10-35≤2×10-22半導體與絕緣體的電性能比較電介質(zhì)的強場電導第30頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月311.材料的電接觸特性表面與界面問題電接觸：金屬與非金屬介質(zhì)/半導體的接觸接觸界面的作用：載流子容易注入阻擋載流子注入如何描述界面特性？材料的電接觸特性第31頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月32（1）經(jīng)典電子論

假設金屬中自由電子為勢阱中的自由質(zhì)點，E0表示電子擺脫金屬束縛必須做的功。1.1功函數(shù)

在熱電子發(fā)射現(xiàn)象研究中發(fā)現(xiàn)，發(fā)射電流隨溫度基本上按指數(shù)規(guī)律變化：——功函數(shù)材料的電接觸特性第32頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月33

即功函數(shù)=E0

為勢阱深度。則電子服從經(jīng)典統(tǒng)計分布：發(fā)射電流密度：材料的電接觸特性比較第33頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月34由于熱發(fā)射電子的能量m2/2必須高于E0，亦有（2）量子理論

假設E0表示導帶底部電子離開金屬必須做的功。利用費米分布函數(shù)得到：材料的電接觸特性第34頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月35具有與經(jīng)典電子論相同的溫度依賴關系。但對功函數(shù)給出了不同于經(jīng)典理論的解釋：

功函數(shù)的大小直接反映費米能級的高低。

所以：同樣可得發(fā)射電流密度：材料的電接觸特性第35頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月36金屬中：

m=E0-EFm，E0為勢阱深度，取決于材料的結構和表面條件非金屬中：=X+（Ec-EF）EF—費米能級，位于禁帶中，是溫度、雜質(zhì)濃度和外界壓力的函數(shù)。

EC—為導帶能級X—為電子親和勢。表示一個電子從表面上導帶底部移至真空所需能量。材料的電接觸特性第36頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月371.2接觸電勢兩種不同的材料A、B相接觸，就會帶電并產(chǎn)生不同的電勢VA、VB，二者之差稱為接觸電勢。以金屬為例：A、B不同，反映費米能級EF的高低不同。EF

代表電子的化學勢當A、B接觸交換電子時，發(fā)生從化學勢高到化學低的電子流動；電子由A流到B,使A表面帶正電，B表面帶負電，從而產(chǎn)生靜電勢。VA>0,VB<0材料的電接觸特性第37頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月38使A、B中的電子產(chǎn)生附加勢能-eVA<0，–eVB>0從能級圖看，表現(xiàn)為A圖下降-eVA，B圖上升–eVB

使A和B的費米能級相接近以至拉平——兩邊的電子化學勢變?yōu)橄嗟?。電子將停止凈流動，系統(tǒng)達到平衡。材料的電接觸特性第38頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月39此時有：

通過接觸電勢差來補償A、B之間費米能級的差別，從而使電子達到統(tǒng)計平衡。

接觸電勢差：材料的電接觸特性第39頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月401.3電接觸類型

介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生正空間電荷，即產(chǎn)生一個從接觸界面擴展至介質(zhì)體內(nèi)部的耗盡區(qū)。如：金屬與半導體的接觸（1）阻擋接觸材料的電接觸特性第40頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月41（2）歐姆接觸

在接觸處載流子密度比介質(zhì)體內(nèi)高很多。如：金屬與絕緣體的接觸產(chǎn)生歐姆接觸的方法：①降低有效熱電子發(fā)射的勢壘。②減薄勢壘——產(chǎn)生隧道效應。材料的電接觸特性第41頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月42

固體表面實際上是固體與真空的界面，也會發(fā)生表面能帶的彎曲。由于固體晶格在其表面突然終斷，使周期性勢場受到破壞，產(chǎn)生近表面處能帶結構的畸變，以使表面處費米能級與體內(nèi)保持一致。

（3）中性接觸接觸面兩側區(qū)域為電中性，不存在空間電荷。接觸處載流子濃度與介質(zhì)體內(nèi)的濃度相等的接觸，如M-S-M接觸。（4）表面態(tài)材料的電接觸特性第42頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月431.4外電場對接觸勢壘的影響外加電壓作用對界面能帶彎曲的影響（V4>V3>V2>V1>0）材料的電接觸特性第43頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月442.載流子的增殖過程（n0）

強場下的電導主要是電子電導。在禁帶寬度較小的介質(zhì)和薄層介質(zhì)中明顯存在。介質(zhì)中的導電電子來自電極和介質(zhì)體內(nèi)的熱電子發(fā)射、場致冷發(fā)射及碰撞電離。載流子的增殖過程第44頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月45載流子的增殖過程第45頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月462.1電極效應電接觸——接觸電勢——強場下能帶發(fā)生變化——易于電子發(fā)射電極發(fā)射——電子、空穴離開電極進入到介質(zhì)中高溫下，電子獲得足夠動能離開電極，產(chǎn)生熱電子發(fā)射電流：載流子的增殖過程第46頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月47（1）場助熱電子發(fā)射——肖特基效應

由于外電場的存在而使有效功函數(shù)降低的效應。

高場強下，電子被電場拉出金屬，產(chǎn)生場致發(fā)射電流。E=0

時:瑞卡得遜——德西門公式電極發(fā)射——電子、孔穴離開電極場助發(fā)射——介于熱電子發(fā)射和場致發(fā)射之間載流子的增殖過程第47頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月48①金屬與真空的邊界可用矩形勢壘表示。②金屬與介質(zhì)的邊界電子溢出金屬的勢壘發(fā)生變化，為電子與金屬表面感應正電荷之間靜電引力形成勢壘。載流子的增殖過程第48頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月49

③陰極發(fā)射設電子在金屬外無限遠處的勢能為零，在x負方向加一電場，克服電像力的阻礙,使電子容易脫離金屬表面，則合成勢壘下降為：用鏡像法，可求得在金屬表面數(shù)個原子層外，載流子的增殖過程第49頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月50亦為E0時熱電子發(fā)射的必要條件。求極值：因此，外電場使熱電子所需克服的勢壘降低：s——肖特基系數(shù)若總勢壘則肖特基效應的必要條件：載流子的增殖過程第50頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月51可得出場助電子發(fā)射電流密度：其中：取對數(shù)載流子的增殖過程第51頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月52

場致發(fā)射電流是在強電場下，由量子隧道效應形成的電流，與溫度關系不大。不同于熱電子在較高溫下出現(xiàn)，故稱冷發(fā)射電流。（2）場致發(fā)射實驗發(fā)現(xiàn)，電子增殖明顯。約為108V/m載流子的增殖過程第52頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月53電極效應：（1）陰極—介質(zhì)導帶（2）介質(zhì)價帶—陽極體效應：（3）介質(zhì)價帶—介質(zhì)導帶（4）雜質(zhì)能級—介質(zhì)導帶強場下隧道效應從電極進入介質(zhì)的可能過程：載流子的增殖過程第53頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月54

為與電極——介質(zhì)功函數(shù)有關的常數(shù)，與溫度關系不大。在過程（1）中，透射系數(shù)：介質(zhì)中加電場E

，從電極進入介質(zhì)導帶的隧道電流密度與場強的關系（符勒——朗得亥姆公式）：載流子的增殖過程第54頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月55ZnO邊界層強場效應器件在強電場下的電流密度與電場強度的關系曲線載流子的增殖過程第55頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月56

氣體介質(zhì)中的正離子在電場中加速，沖擊金屬表面，發(fā)射出帶電與不帶電的粒子。不帶電粒子可為：正離子+電子原子帶電粒子為：二次電子或負離子

（3）表面電子發(fā)射載流子的增殖過程第56頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月572.2體效應非晶態(tài)電介質(zhì)及雜質(zhì)缺陷的存在——破壞理想晶格長程有序——禁帶內(nèi)產(chǎn)生陷阱能級影響載流子的產(chǎn)生與消失——影響介質(zhì)導電性介質(zhì)內(nèi)部受到庫侖電勢約束的電子，如帶正電的陷阱中心所俘獲的電子等——內(nèi)肖特基效應電場使介質(zhì)陷阱中心的庫侖勢壘降低，使發(fā)射載流子數(shù)迅速增加，稱為普爾——弗倫凱爾效應載流子的增殖過程第57頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月58（1）普爾——弗倫凱爾效應F普爾—弗倫凱爾系數(shù)在電場E存在時，載流子的增殖過程第58頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月59

類似于晶體介質(zhì)中電子電導的分析方法，忽略沿電場方向的熱電子發(fā)射電流，可得因電子間靜電力作用距離故第59頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月60由此：①普爾——弗倫凱爾效應和肖特基效應具有相似的JE規(guī)律，且b=b’，故很難區(qū)分。②電導為體限制時，觀察到普爾—弗倫凱爾效應。

電導為電極控制時，觀察到肖特基效應。載流子的增殖過程第60頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月61

W——分子的電離能，x為自由行程（2）電子碰撞電離效應

自由電子獲得足夠能量后，與介質(zhì)中粒子發(fā)生碰撞，碰撞電離產(chǎn)生新電子。一般發(fā)生在氣體介質(zhì)中。滿足的條件：載流子的增殖過程第61頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月623.載流子的輸運過程（）

單晶介質(zhì)——常指金屬與半導體散射——電子從一個穩(wěn)態(tài)躍遷到另一個穩(wěn)態(tài)聲子——離子偏離格點的運動組成晶體中的格波，格波的能量是量子化的，格波的量子稱為聲子。

實驗證明：在金屬與半導體單晶中，隨溫度下降而增大，表明晶格振動對散射起主導作用。而

散射是影響載流子輸運的主要因素。3.1單晶介質(zhì)的能帶導電模型——擴展態(tài)遷移率載流子的輸運過程第62頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月63①晶體中共有化運動的電子在離子產(chǎn)生的周期性勢場中運動。②離子偏離平衡位置使周期勢場破壞，附加的偏離周期性勢場可看為微擾，使電子躍遷，產(chǎn)生散射。載流子的輸運過程第63頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月64

特點：1)平均自由程比原子間距離大得多，電子能量高。在半導體中