武汉理工大学：《材料物理学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 导电物理 5.1 概述

第5章导电物理 本章提要 本章将介绍金属材料和半导体材料(也包括 半导体陶瓷)的导电机制,着重从能带结构 的角度分析材料的导电行为。本章还介绍了 利用材料的导电物理特性制得的一些功能材 料,例如p-n结、晶体管等

第5章 导电物理 本章将介绍金属材料和半导体材料（也包括 半导体陶瓷）的导电机制，着重从能带结构 的角度分析材料的导电行为。本章还介绍了 利用材料的导电物理特性制得的一些功能材 料，例如p-n结、晶体管等。 本章提要

第5章导电物理 51概述 2个学时 5,2材料的导电性能2个学时 53金属电导 4个学时 5.4半导体物理 10个学时 5.5超导物理 4个学时

5.1概述 5.2材料的导电性能 5.4半导体物理 5.3金属电导 5.5 超导物理 2个学时 4个学时 4个学时 第5章 导电物理 2个学时 10个学时

51述 在许多情况下,材料的导电性能比力学 性能还重要。 导电材料、电阻材料、电热材料、半导体 材料、超导材料和绝缘材料等都是以材料 的导电性能为基础的

5.1概述 在许多情况下，材料的导电性能比力学 性能还重要。 导电材料、电阻材料、电热材料、半导体 材料、超导材料和绝缘材料等都是以材料 的导电性能为基础的

51概述 举例 长距离传输电力的金属导线应该具有很高 的导电性,以减少由于电线发热造成的电 力损失 陶瓷和高分子的绝缘材料必须具有不导电 性,以防止产生短路或电弧。 作为太阳能电池的半导体对其导电性能的要 求更高,以追求尽可能高的太阳能利用效率

5.1概述 举例： •长距离传输电力的金属导线应该具有很高 的导电性，以减少由于电线发热造成的电 力损失。 •陶瓷和高分子的绝缘材料必须具有不导电 性，以防止产生短路或电弧。 •作为太阳能电池的半导体对其导电性能的要 求更高，以追求尽可能高的太阳能利用效率

51概述 能够携带电荷的粒子称为载流子。 在金属、半导体和绝缘体中携带电荷的 载流子是电子 在离子化合物中,携带电荷的载流子 则是离子

能够携带电荷的粒子称为载流子。 在金属、半导体和绝缘体中携带电荷的 载流子是电子 在离子化合物中，携带电荷的载流子 则是离子。 5.1概述

51概述 控制材料的导电性能实际上就是控制材 料中的载流子的数量和这些载流子的移 动速率。 对于金属材料来说,载流子的移动速率特 别重要。 对于半导体材料来说,载流子的数量更为 重要。 载流子的移动速率取决于原子之间的结合 键、晶体点阵的完整性、微结构以及离子 化合物中的扩散速率

控制材料的导电性能实际上就是控制材 料中的载流子的数量和这些载流子的移 动速率。 对于金属材料来说，载流子的移动速率特 别重要。 对于半导体材料来说，载流子的数量更为 重要。 载流子的移动速率取决于原子之间的结合 键、晶体点阵的完整性、微结构以及离子 化合物中的扩散速率。 5.1概述

51概述 部分材料的电导率 材料 电子结构 电导率 (Q-1-cm-1) 碱金属Na 1s22s22p63s 2.13×105 碱土金属Mg 1s22s22p63s 2.25×105 ⅢA族金属A1s2222p3s23p1377×105 过渡族金属Fe…3d64s 100×105 Iv族元素材料Si 3s23p2 5×106 高分子材料聚乙烯 1015 陶瓷材料Al2O3 1014

部分材料的电导率 材料 电子结构 电导率 （Ω-1·cm-1） 碱金属Na 1s22s22p63s1 2.13×105 碱土金属 Mg 1s22s22p63s2 2.25×105 ⅢA族金属Al 1s22s22p63s23p1 3.77×105 过渡族金属Fe ......3d64s2 1.00×105 Ⅳ族元素材料Si ............3s23p2 5×10-6 高分子材料聚乙烯 10-15 陶瓷材料Al2O3 10-14 5.1概述

51概述 分析理论 经典自由电子论 量子自由电子论 °能带理论

•经典自由电子论 •量子自由电子论 •能带理论 分析理论 5.1概述

51概述 经典自由电子论 金属是由原子点阵组成的,价电子是完全自 由的,可以在整个金属中自由运动自由电子 的运动遵守经典力学的运动规律,遵守气体 分子运动论。这些电子在一般情况下可沿所 有方向运动等 这些电子在一般情况下可沿所有方向运动。 在电场作用下自由电子将沿电场的反方向运 动,从而在金属中产生电流。电子与原子的 碰撞妨碍电子的继续加速,形成电阻

经典自由电子论 金属是由原子点阵组成的，价电子是完全自 由的，可以在整个金属中自由运动自由电子 的运动遵守经典力学的运动规律，遵守气体 分子运动论。这些电子在一般情况下可沿所 有方向运动 等 这些电子在一般情况下可沿所有方向运动。 在电场作用下自由电子将沿电场的反方向运 动，从而在金属中产生电流。电子与原子的 碰撞妨碍电子的继续加速，形成电阻。 5.1概述

51概述 成功: 可以推导出欧姆定律、 焦尔楞次定律等 困难: 价金属和二价金 属的导电问题 电子比热 问题根源在于它是立足于牛顿力学

成功： 困难： 可以推导出欧姆定律、 焦尔-楞次定律等 •一价金属和二价金 属的导电问题 •电子比热 问题根源在于它是立足于牛顿力学 5.1概述