文档介绍：材料物理性能
第一章
电子理论的发展经历了三个阶段,即古典电子理论、量子自由电子理论和能带理论。
古典电子理论假设金属中的价电子完全自由,并且服从经典力学规律;
量子自由电子理论也认为金属中的价电子是自由的,但认为它们服从量子力学规律;
能带理论则考虑到点阵周期场的作用。
费米电子
在T = 0K时,大块金属中的自由电子从低能级排起,直到全部价电子均占据了相应的能级为止。具有能量为EF(0)以下的所有能级都被占满,而在EF(0)之上的能级都空着,EF(0)称为费米能,是由费米提出的,相应的能级称为费米能级。
四个量子数
1. 主量子数n
2. 角量子数l
思考题
1、过渡族金属物理性能的特殊性与电子能带结构有何联系?
过渡族金属的 d 带不满,且能级低而密,可容纳较多的电子,夺取较高的 s 带中的电子,降低费米能级。
第二章
载流子
载流子可以是电子、空穴,也可以是离子、离子空位。材料所具有的载流子种类不同,其导电性能也有较大的差异,金属与合金的载流子为电子,半导体的载流子为电子和空穴,离子类导电的载流子为离子、离子空位。而超导体的导电性能则来自于库柏电子对的贡献。
杂质可以分为两类
一种是作为电子供体提供导带电子的发射杂质,称为“施主”;另一种是作为电子受体提供价带空穴的收集杂质,称为“受主”。
掺入施主杂质后在热激发下半导体中电子浓度增加(n>p),电子为多数载流子,简称“多子”,空穴为少数载流子,简称“少子”。这时以电子导电为主,故称为n型半导体。施主杂质有时也就称为n型杂质。
在掺入受主的半导体中由于受主电离(p>n),空穴为多子,电子为少子,因而以空穴导电为主,故称为p型半导体。受主杂质也称为p型杂质。
我们把只有本征激发过程的半导体称为本征半导体。
在同一种半导体材料中往往同时存在两种类型的杂质,这时半导体的导电类型主要取决于掺杂浓度高的杂质。
随着温度的升高本征载流子的浓度将迅速增加,而杂质提供的载流子浓度却不随温度而改变。因此,在高温时即使是杂质半导体也是本征激发占主导地位,呈现出本征半导体的特征(n≈p)。
一般半导体在常温下靠本征激发提供的载流子甚少
n型半导体的电阻率在不同温区的变化规律
在低温区费米能级高于施主能级,施主杂质并未全部电离。随着温度的升高,电离施主增多使导带电子浓度增加。与此同时,在该温度区内点阵振动尚较微弱,散射的主要机制为杂质电离,因而载流子的迁移率随温度的上升而增加。
尽管电离施主数量的增多在一定程度上也要限制迁移率的增加,但综合效果仍然使电阻率下降。当温度升高到费米能级低于施主能级时,杂质全部电离,称为饱和区。
由于本征激发尚未开始,载流子浓度基本上保持恒定。然而,这时点阵振动的声子散射已起主要作用而使迁移率下降,因而导致电阻率随温度的升高而增高。温度的进一步升高,由于本征激发,载流子随温度而显著增加的作用已远远超过声子散射的作用,故又使电阻率重新下降。
电介质的极化包括电子极化、原子(离子)极化和取向极化
绝缘体作为材料使用可以分为绝缘材料和介电材料两类。
属于介电性的有压电性、电致伸缩性和铁电性。
由于机械力的作用而激起表面电荷的效应称压电效应。
由于外电场的作用而激起表面电荷的效应称反压电效应