材料物理期末考試題

1、電致伸縮：電介質(zhì)在外電場(chǎng)的作用下，發(fā)生尺寸變化即產(chǎn)生應(yīng)變現(xiàn)象，起應(yīng)變大小與所加電壓的平方成正比。壓電效應(yīng)：在某些晶體特定的方向上加力，則在里的垂直方向上的平面上出現(xiàn)正負(fù)束縛電子。電導(dǎo)率：當(dāng)施加的電場(chǎng)產(chǎn)生電流時(shí)電流密度正比于電場(chǎng)強(qiáng)度，其比例常數(shù)即電導(dǎo)率。磁滯現(xiàn)象：退磁時(shí)M的變化落后于H的變化的現(xiàn)象。磁致伸縮：此題在磁場(chǎng)中磁化，形狀和尺寸都會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。磁彈性能：物體在磁化時(shí)伸長(zhǎng)或收縮受到限制，則在物體內(nèi)部形成應(yīng)力，從而內(nèi)部將產(chǎn)生彈性能，即磁彈性能。磁化現(xiàn)象：物體在外加磁場(chǎng)H作用下，能夠產(chǎn)生磁化的材料。比熱容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)上升1K所需要的能量（條件：無(wú)相變）物理含義：晶格熱振動(dòng)狀態(tài)改變所需要吸

2、收或放出的能量熱穩(wěn)定性，材料承受溫度的急劇變化而不致破壞的能力。熱熔：物質(zhì)溫度升高1K所需要的能量。熱膨脹：固體材料受熱以后晶格震動(dòng)加劇而引起的容積膨脹。熱傳導(dǎo)：一塊材料的溫度不均勻或者兩個(gè)溫度不同的物體接觸，熱量會(huì)自動(dòng)從高溫區(qū)向低溫區(qū)傳播的現(xiàn)象。1. 為什么鍺半導(dǎo)體材料最先得到應(yīng)用，而現(xiàn)在的半導(dǎo)體材料卻大都采用硅半導(dǎo)體？答：鍺比較容易提純，所以最初發(fā)明的半導(dǎo)體三極管是鍺制成的。但是，鍺的禁帶寬度（0.67 ev）大約是硅的禁帶寬度（1.11 ev）的一半，所以硅的電阻率比鍺大，而且在較寬的能帶中能夠更加有效的設(shè)置雜質(zhì)能級(jí)，所以后來(lái)硅半導(dǎo)體逐漸取代了鍺半導(dǎo)體。硅取代鍺的另一個(gè)原因是硅的表面能夠

3、形成一層極薄的二氧化硅絕緣膜，從而能夠制備MOS三極管。因此，現(xiàn)在的半導(dǎo)體材料大都采用硅半導(dǎo)體。2. 經(jīng)典自由電子論、量子自由電子論和能帶理論分析材料導(dǎo)電性理論的主要特征是什么？答：經(jīng)典自由電子論：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)能量分布的價(jià)電子在周期性勢(shì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)經(jīng)典自由電子論，金屬是由原子點(diǎn)陣組成的，價(jià)電子是完全自由的，可以在整個(gè)金屬中自有運(yùn)動(dòng)，就好像氣體分子能夠在一個(gè)容器內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)一樣，故可以把價(jià)電子看出“電子氣”。自由電子的運(yùn)動(dòng)遵從經(jīng)典力學(xué)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，遵守氣體分子運(yùn)動(dòng)論。在電場(chǎng)的作用下，自由電子將沿

4、電場(chǎng)的反方向運(yùn)動(dòng)，從而在金屬中形成電流。量子自由電子論認(rèn)為，金屬離子形成的勢(shì)場(chǎng)各處都是均勻的，價(jià)電子是共有化的，它們可以不屬于某個(gè)原子，可以在整個(gè)金屬內(nèi)自有運(yùn)動(dòng)，電子之間沒(méi)有相互作用。電子運(yùn)動(dòng)遵從量子力學(xué)原理，即電子能量是不連續(xù)的，只有出于高能級(jí)的電子才能夠躍遷到低能級(jí)，在外電場(chǎng)的作用下，電子通過(guò)躍遷實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。能帶理論認(rèn)為，原子在聚集時(shí)，能級(jí)變成了能帶，在某些價(jià)帶內(nèi)部，只存在著部分被電子占據(jù)的能級(jí)，而在價(jià)帶中能量較高的處于上方的能級(jí)很少有電子占據(jù)，在外場(chǎng)作用下，電子就能夠發(fā)生躍遷，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。3. 簡(jiǎn)述施主半導(dǎo)體的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系。答：施主的富余價(jià)電子的雜質(zhì)原子的電子能級(jí)低于半導(dǎo)體的導(dǎo)帶。

5、這個(gè)富余價(jià)電子并沒(méi)有被施主束縛的很緊，只要有一個(gè)很小的能量Ed，就可以使這個(gè)電子進(jìn)入導(dǎo)帶。此時(shí)影響電導(dǎo)率的禁帶不是Eg，而是Ed，施主的這個(gè)價(jià)電子進(jìn)入導(dǎo)帶后，不會(huì)在價(jià)帶中產(chǎn)生空穴。隨著溫度的升高，越來(lái)越多的施主電子越過(guò)禁帶Ed，進(jìn)入導(dǎo)帶，最后所有的施主電子都進(jìn)入導(dǎo)帶，此時(shí)稱為施主耗盡。如果溫度繼續(xù)升高，電導(dǎo)率將維持一個(gè)常量，因?yàn)樵贈(zèng)]有更多的施主電子可用，而對(duì)于產(chǎn)生本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電電子和空穴來(lái)說(shuō)，此時(shí)的溫度又太低，不足以使電子躍遷較大的帶隙Eg。在更高的溫度下，才會(huì)出現(xiàn)本征半導(dǎo)體產(chǎn)生的導(dǎo)電性。4. 什么是電介質(zhì)？答：在電場(chǎng)的作用下具有極化能力并在其中長(zhǎng)期存在電場(chǎng)的一種物質(zhì)稱為電介質(zhì)。5. 簡(jiǎn)述電

6、介質(zhì)與金屬的區(qū)別。答：金屬的特點(diǎn)是電子的共有化，體內(nèi)有自由電子，具有良好的導(dǎo)電性，以傳導(dǎo)的方式傳遞電的作用；而電介質(zhì)只有被束縛的電荷，以感應(yīng)的方式傳遞電的作用。6. 電介質(zhì)的四大基本常數(shù)是什么？各自代表什么物理意義？答：電介質(zhì)的四大基本常數(shù)是：電極化（介電常數(shù)）、電導(dǎo)、介電損耗和擊穿。介電常數(shù)是指以電極化的方式傳遞、存貯或記錄電的作用；電導(dǎo)是指電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下存在泄露電流；擊穿是在強(qiáng)電場(chǎng)作用下可能導(dǎo)致電介質(zhì)的破壞。7. 電介質(zhì)的極化包括哪幾種？各種極化是如何產(chǎn)生的？答：電介質(zhì)的極化包括電子位移極化、離子位移極化和固有電距的轉(zhuǎn)向極化。在電場(chǎng)的作用下，構(gòu)成電介質(zhì)的原子、離子中的電子云發(fā)生畸變，使

7、電子云與原子核發(fā)生相對(duì)位移，在電場(chǎng)和恢復(fù)力的作用下，原子具有一定的電偶極矩，這種極化為電子的位移極化。在離子晶體和玻璃等無(wú)機(jī)電介質(zhì)中，正負(fù)離子處于平衡狀態(tài)，其偶極矩的矢量和為零。在電場(chǎng)作用下，正離子沿電場(chǎng)方向移動(dòng)，負(fù)離子沿反電場(chǎng)方向移動(dòng)，正負(fù)離子發(fā)生相對(duì)位移，形成偶極矩，這種極化就是離子位移極化。分子具有固有電矩，而在外電場(chǎng)作用下，電矩的轉(zhuǎn)向所產(chǎn)生的電極化稱為轉(zhuǎn)向極化。8. 固體電介質(zhì)的電導(dǎo)有哪幾種類型？說(shuō)明其對(duì)電導(dǎo)的影響及與溫度的關(guān)系。答：固體電介質(zhì)的電導(dǎo)主要包括離子電導(dǎo)、電子電導(dǎo)和表面電導(dǎo)。當(dāng)離子晶體中存在熱缺陷時(shí)，脫離格點(diǎn)的離子將參與電導(dǎo)。對(duì)于未摻雜的電介質(zhì)材料，離子電導(dǎo)對(duì)電介質(zhì)電導(dǎo)的影

8、響主要與熱缺陷的數(shù)目有關(guān)，而熱缺陷的數(shù)目隨著溫度的升高而增加；而對(duì)于摻雜的電介質(zhì)而言，溫度較低時(shí)，晶體中雜質(zhì)缺陷載流子的數(shù)量主要取決于材料的化學(xué)純度及摻雜量。因此，在低溫區(qū)域，離子電導(dǎo)隨溫度變化緩慢，主要取決于雜質(zhì)，而在高溫區(qū)域，隨溫度變化顯著，離子電導(dǎo)取決于本征熱缺陷。在電介質(zhì)材料中，由于禁帶寬度很大，本證載流子參與的電子電導(dǎo)對(duì)材料的電導(dǎo)影響很小。參與雜質(zhì)后，由于在導(dǎo)帶底形成施主能級(jí)或在價(jià)帶頂形成受主能級(jí)，所以電子電導(dǎo)顯著增大。電子電導(dǎo)與環(huán)境溫度和氧分壓有很大關(guān)系，在室溫和低溫下，電子電導(dǎo)常常起著主要作用。表面電導(dǎo)不僅與材料本身的性質(zhì)有關(guān)，而且在很大程度上取決于材料表面的濕潤(rùn)、氧化和玷污狀態(tài)

9、，溫度對(duì)表面電導(dǎo)有很大影響，在潮濕環(huán)境中，表面電導(dǎo).9. 什么是固體電介質(zhì)的擊穿？分為哪幾類？請(qǐng)分別解釋。答： 固體電介質(zhì)的擊穿就是在電場(chǎng)的作用下伴隨著熱、化學(xué)、力等等的作用而喪失其絕緣性能的現(xiàn)象。固體電介質(zhì)擊穿主要包括電擊穿、熱擊穿、局部放電擊穿和樹枝化擊穿。電擊穿是當(dāng)固體電介質(zhì)承受的電壓超過(guò)一定的數(shù)值時(shí)，就使相當(dāng)大的電流通過(guò)其中，使電介質(zhì)喪失絕緣性。當(dāng)固體電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，由電導(dǎo)和介質(zhì)損耗產(chǎn)生的熱量超過(guò)試樣通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射所能散發(fā)的熱量時(shí)，試樣中的熱平衡就被破壞，最終造成介質(zhì)永久性的熱破壞，這就是熱擊穿。局部放電就是在電場(chǎng)作用下，在電介質(zhì)局部區(qū)域中所發(fā)生的放電現(xiàn)象，這種放電現(xiàn)象沒(méi)有電

10、極之間形成貫穿的通道，整個(gè)試樣并沒(méi)有被擊穿。樹枝化擊穿是指在電場(chǎng)作用下，在固體電介質(zhì)中形成的一種樹枝狀氣化痕跡，樹枝是介質(zhì)中直徑以數(shù)微米的充滿氣體的微細(xì)管子組成的通道。10. 固體電介質(zhì)的擊穿受什么因素制約？答：固體電介質(zhì)的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度主要取決于材料的均勻性；大部分材料在交變電場(chǎng)下的擊穿強(qiáng)度低于直流下的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度，在高頻下由于局部放電的加劇，使得擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度下降的更厲害，并且材料的介電常數(shù)越大，擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度下降的越多；無(wú)機(jī)電介質(zhì)在高頻下的擊穿往往具有熱的特征，發(fā)生純粹電擊穿的情況并不多見；在室溫附近，高分子電介質(zhì)的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度往往比陶瓷等無(wú)機(jī)材料要大；在軟化溫度附近，熱塑性高聚物的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度急劇下降。11. 為什么光致發(fā)光現(xiàn)象不會(huì)在金屬中產(chǎn)生？原因：因?yàn)樵诮饘僦?，價(jià)帶沒(méi)有充滿電子，低能級(jí)的電子只會(huì)激發(fā)到同一價(jià)帶的高能級(jí)。在同一價(jià)帶內(nèi)，電子從高能級(jí)躍遷回低能級(jí)，所釋放的能量太小，產(chǎn)生的光子的波長(zhǎng)太長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)可見光范圍。12. 名詞解釋：熒光材料 余輝現(xiàn)象在某些陶瓷和半導(dǎo)體中，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的禁帶寬度不大不小，所以被激發(fā)的電子從導(dǎo)帶躍過(guò)禁帶回到價(jià)帶時(shí)