《材料物理性能》课程教学课件（PPT讲稿）第六章 无机材料的电导 6.3 电子电导 6.4 玻璃态电导

6.无机材料的电导 知识回顾： 1.电导率和迁移率的一般表达式 2.无机材料电导的分类及其特征 3.离子电导的两种类型，哪种占主导？ 4.影响离子电导率的因素

6. 无机材料的电导 知识回顾： 1.电导率和迁移率的一般表达式 2.无机材料电导的分类及其特征 3.离子电导的两种类型，哪种占主导？ 4.影响离子电导率的因素

6.无机材料的电导 6.3电子电导

6. 无机材料的电导 6.3 电子电导

6.无机材料的电导 ，电子电导的载流子是电子或空穴（即电子空穴）。 ，电子电导主要发生在导体和半导体中。 ， 能带理论指出：在具有严格周期性电场的理想晶体中的电子和空穴 在绝对零度下的电子运动时不受阻力，迁移率为无限大。当周期性受到 破坏时，才产生阻碍电子的运动的条件。 ,电场周期破坏的来源是：晶格热振动，杂质的引入、位错和裂纹等。 ，在电子电导材料中，电子与点阵的非弹性碰撞引起电子波的散射是电子 运动受阻的原因之一

6. 无机材料的电导  电子电导的载流子是电子或空穴（即电子空穴）。  电子电导主要发生在导体和半导体中。  能带理论指出：在具有严格周期性电场的理想晶体中的电子和空穴 ， 在绝对零度下的电子运动时不受阻力，迁移率为无限大。当周期性受到 破坏时，才产生阻碍电子的运动的条件。  电场周期破坏的来源是：晶格热振动，杂质的引入、位错和裂纹等。  在电子电导材料中，电子与点阵的非弹性碰撞引起电子波的散射是电子 运动受阻的原因之一

6.3电子电导 6.3.1电子迁移率 经典电子理论 质量m的电子，在外电场E的作用下自由电子的加速度： eE a= me 电子每两次碰撞之间的平均时间2τ； 单位时间平均散射次数1/2t; 自由电子的平均速度：V= teE me 自由电子的迁移率： 仅适用于讨论自 Me= E me 由电子的运动

6.3 电子电导 6.3.1 电子迁移率 经典电子理论 仅适用于讨论自 由电子的运动

6.3电子电导 τ与晶格缺陷及温度有关，温度越高，晶体缺陷越多，电子散射几率越大， x越小。 经典模型中，电子视为是自由的，实际晶体中电子不是自由的。对于半导 体和绝缘体中的电子能态，必须用量子力学来描述

6.3 电子电导 与晶格缺陷及温度有关，温度越高，晶体缺陷越多，电子散射几率越大， 越小。 经典模型中，电子视为是自由的，实际晶体中电子不是自由的。对于半导 体和绝缘体中的电子能态，必须用量子力学来描述

6.3电子电导 量子力学理论 电子的运动速度：Vg=2π Y:德布罗意波的频率：k:波数。 因E=hy, 则 Vg=器 a= ()()·() dt

𝒅𝒗𝒈 𝒅𝒕 6.3 电子电导 ( 𝒅𝑬 𝒅𝒌)

6.3电子电导 设电子被电场E加速时，在d时间内，能量增加dE dE d eE.dx=eE(vg.dt) dE 2πeEdE dk .dt dk h dk 得 dk 2πeE dt h 代入加速度公式 4π2d2E a=eE h2 dk2

设电子被电场E加速时，在dt时间内，能量增加dE 𝒅𝑬 = 𝒅𝑬 𝒅𝒌 𝒅𝒌 = 𝒆𝑬 · 𝒅𝒙 = 𝒆𝑬(𝒗𝒈 · 𝒅𝒕) 𝒅𝑬 𝒅𝒌 𝒅𝒌 𝟐𝝅𝒆𝑬 𝒉 · 𝒅𝑬 𝒅𝒌 = · 𝒅𝒕 得 𝒅𝒌 𝒅𝒕 = 𝟐𝝅𝒆𝑬 𝒉 代入加速度公式 a=𝒆𝑬 · 𝟒𝝅 𝟐 𝒉𝟐 · 𝒅 𝟐𝑬 𝒅𝒌𝟐 6.3 电子电导

6.3电子电导 令 h2 m*= 4π2 dk2 电子的有效质量 晶体中电子的运动状态可写成 F=m*a 式中，F=eE;对于自由电子m*=me,对于晶体中的电子，m*m

𝒎∗ = 𝒉 𝟐 𝟒𝝅𝟐 𝒅 𝟐𝑬 𝒅𝒌 𝟐 −𝟏 晶体中电子的运动状态可写成 F=m*·a 令 电子的有效质量 式中，F=eE；对于自由电子m*=me，对于晶体中的电子，m*≠me 6.3 电子电导

6.3电子电导 对于自由电子m*=me,对于晶体中的电子m E 和me不同，m*和取决于能态。 在第I区，属于自由电子性质，m=me。 导带- 轻纯子二 M区 禁带 禁带 MF 在第Ⅱ区， 曲线的曲率为负值， 因而有效质 价带 负质量 允带} 经典现象 量为负值。 I区 0 k 在第Ⅲ区为禁带，第V区曲率为正的，有效质 量也为正值

6.3 电子电导 允带 价带 禁带 导带

6.3电子电导 电子有效质量的提出原因 (1)晶体中的电子一方面受到外力的作用，另一方面受到内部原子及其他电子的 势场作用。 (2)电子的加速度应是所有场作用的综合效果。 (3)内部电场计算困难

电子有效质量的提出原因 （1）晶体中的电子一方面受到外力的作用，另一方面受到内部原子及其他电子的 势场作用。 （2）电子的加速度应是所有场作用的综合效果。 （3）内部电场计算困难。 6.3 电子电导