材料的电学性能（PPT课件讲稿）Electrical Properties of Materials

4-3材料的电学性能 Electrical Properties of materials The electrical behaviors of the various materials Describe the relationship of electrical conductivities and four possible electron band structures for solid materials How to calculate the electrical conductivities Define dielectric constant of a dielectric materials in terms of permittivities

Electrical Properties of Materials The electrical behaviors of the various materials Describe the relationship of electrical conductivities and four possible electron band structures for solid materials. How to calculate the electrical conductivities Define dielectric constant of a dielectric materials in terms of permittivities. 4-3 材料的电学性能

4-3材料的电学性能( electrical property) 直流电场 电力 交变电场—介电性质 弱电场—导电性质 机械、交通 强电场—击穿现象 电子、微电子 材料表面—静电现象 日常生活 信息时代

4-3 材料的电学性能(electrical property) 直流电场 交变电场——介电性质 弱电场 ——导电性质 强电场 ——击穿现象 材料表面——静电现象 电力 机械、交通 电子、微电子 日常生活 信息时代

4-31电导率 electrical conductivit和电阻率 1、电阻率 体积电阻率 pv,Ωm Variable resistor 表面电阻率 Ammeter Battery Cross-sectiona Specimen ∨ voltmeter

4-3-1 电导率(electrical conductivity)和电阻率 1 、电阻率： 体积电阻率 V , Ω·m 表面电阻率 S , Ω

电导率( electrical conductivity)) (1)表征材料导电性的大小 单位:S.m1,(2m)1西门子 (2)根据电导率对材料的分类 表419材料的分类及其电导率 材料 电阻率 电导率 超导体 0 导体 108-10 105-103 半导体 10-5-10 10-7-10 绝缘体 107-10 10-18-107

2、 电导率(electrical conductivity) (1)表征材料导电性的大小。 单位：S. m-1 , （Ω.m）-1 ⑵根据电导率对材料的分类 表4-19材料的分类及其电导率 材料 电阻率 电导率 超导体 导体 半导体 绝缘体 0 10-8 -10-5 10-5 -107 107 -1018 ∞ 105 -108 10-7 -105 10-18 -10-7 西门子

(3)不同材料的电导率举例 ①金属自由电子电导率高导电性好 ②硅半导体 ③离子固体室温绝缘体T高电导率大 (无机非金属) ④高分子杂质致有导电性

⑶ 不同材料的电导率举例 ①金属 自由电子 电导率高 导电性好 ②硅 半导体 ③离子固体 室温绝缘体 T高 电导率大 （无机非金属） ④高分子 杂质致有导电性

各种材料在室温的电导率 金属和合金 σ(Ω21m1非金属 σ(glm1) 银 6.3*107 石墨 105(平均) 铜,工业纯 585*10 SIC 金 4.25*10 锗,纯 2.2 铝,工业纯 345*107 硅,纯 4.3*10 A-12%,Mn合金 2.96*10 苯酚甲醛(电木) 10-7-101 钠 2.1*10 窗玻璃 <10-10 钨,工业纯 177*10 氧化铝(Al2O3) 1010-1012 黄铜(70%Cu-30%zn1.665107 云母 1011-10-15 甲基丙烯酸甲酯 1.46*107 〈1012 镍,工业纯 氧化铍(BeO) 1.03*107 1012-10-15 纯铁,工业纯 聚乙烯 0.24*10 〈104 钛,工业纯 聚苯乙烯 〈1014 TiC 0.17*107 金刚石 〈1014 不锈钢,301型 0.14*10 石英玻璃 〈1016 镍铬合金(80%N-0.093*107 聚四氟乙烯 〈10416 20%Cr)

各种材料在室温的电导率 金属和合金 σ （ Ω-1 .m-1 ） 非金属 σ（Ω-1 .m-1） 银 铜，工业纯 金 铝,工业纯 Al-1.2%,Mn 合金 钠 钨， 工业纯 黄铜（70%Cu-30%Zn 镍,工业纯 纯铁,工业纯 钛,工业纯 TiC 不锈钢，301型 镍 铬 合 金 (80%Ni- 20%Cr） 6.3*107 5.85*107 4.25*107 3.45*107 2.96*107 2.1*107 1.77*107 1.66*107 1.46*107 1.03*107 0.24*107 0.17*107 0.14*107 0.093*107 石墨 SiC 锗，纯 硅，纯 苯酚甲醛（电木） 窗玻璃 氧化铝（Al2O3） 云母 甲基丙烯酸甲酯 氧化铍（BeO） 聚乙烯 聚苯乙烯 金刚石 石英玻璃 聚四氟乙烯 105 (平均) 10 2.2 4.3*10-4 10-7 -10-11 <10-10 10-10 -10-12 10-11 -10-15 〈10-12 10-12 -10-15 〈10-14 〈10-14 〈10-14 〈10-16 〈10-16

如何理解材料的电导现象,必须明确几个问体: 参与迁移的是哪种载流子——有关载流子类别的问题 载流子的数量有多大——有关载流子浓度、载流子产 生过程的问题 载流子迁移速度的大小—有关载流子输运过程的问 题

如何理解材料的电导现象，必须明确几个问体： •参与迁移的是哪种载流子——有关载流子类别的问题 •载流子的数量有多大——有关载流子浓度、载流子产 生过程的问题 •载流子迁移速度的大小——有关载流子输运过程的问 题

(4)决定电导率的基本参数 parameters 载流子 charge carrier- 电子、空穴、正离子、负离子 载流子数 charge carrier density-n,个/ 载流子迁移率 electron mobility (物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度) u=v/E m2/(vs) m/s v/m 电流密度 (单位时间(ls)通过单位截面积的电荷量) S=lcm 2 J=ngv 电导率=J/E=nqv/E=nqH+ =∑9n,A1

⑷ 决定电导率的基本参数 parameters 载流子 charge carrier—— 电子、空穴、正离子、负离子 载流子数 charge carrier density----n, 个/m3 载流子迁移率electron mobility ( 物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度) μ=ν/E m2 /(v.s) m/s v/m 电流密度 （单位时间（1s）通过单位截面积的电荷量） J＝nqv 电导率 σ=J/E=nqv／E =nqμ i i i  = qi n 

(5)影响因素 影响离子电导率的因素 温度 晶体结构 晶格缺陷 b Me (a)离子电荷 (b)离子半径r/nm

⑸ 影响因素 影响离子电导率的因素 温度 晶体结构 晶格缺陷

影响电子电导率的因素 温度、 杂质 缺陷 3.0 (A)声子对迁移率的影响,可写成 a3/2 μL (B)杂质离子对迁移率的影响,可写成 F1=bT3/2 0.3 30507090 T/K

影响电子电导率的因素 温度、 杂质 缺陷 (A)声子对迁移率的影响,可写成 μL=aT-3/2 (B)杂质离子对迁移率的影响,可写成 μI=bT3/2