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《光電功能材料及應(yīng)用重點(diǎn)(草稿).ppt》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、12.1導(dǎo)電材料導(dǎo)電材料的分類:電子導(dǎo)電材料:起源于電子的運(yùn)動離子導(dǎo)電材料:起源于離子的運(yùn)動電子導(dǎo)電材料導(dǎo)體σ≥105S/m超導(dǎo)體σ無限大半導(dǎo)體σ在10-7~104S/m電導(dǎo)率:2材料電導(dǎo)率/Ω-1·cm-1典型代表絕緣體<10-7石英、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯半導(dǎo)體10-7~104硅、鍺、聚乙炔導(dǎo)體105~108汞、銀、銅、石墨超導(dǎo)體>108鈮(9.2K)、鈮鋁鍺合金(23.3K)、聚氮硫(0.26K)32.1導(dǎo)電材料能帶理論在孤立原子中,原子核外的電子具有分立的能量值,或者說電子的能量只能允許有一系列離散的值。電子的(也即原子的)能量被量子化。每一個能量取值
2、叫做一個能級。能級42.1導(dǎo)電材料允許帶(允帶):允許被電子占據(jù)的能帶稱為允許帶,原子殼層中的內(nèi)層允許帶總是被電子先占滿,然后再占據(jù)能量更高的外面一層的允許帶。滿帶:被電子占滿的允許帶稱為滿帶??諑В好恳粋€能級上都沒有電子的能帶稱為空帶。52.1導(dǎo)電材料導(dǎo)帶:價帶以上能量最低的允許帶稱為導(dǎo)帶。價帶:原子中最外層的電子稱為價電子,與價電子能級相對應(yīng)的能帶稱為價帶。禁帶:允許帶之間的范圍是不允許電子占據(jù)的,此范圍稱為禁帶。61.1.2離子導(dǎo)電材料無機(jī)非金屬導(dǎo)電機(jī)制:電子導(dǎo)電:載流子是電子或電子空穴;離子導(dǎo)電:載流子是離子或離子空位。離子電導(dǎo)機(jī)理:離子晶體的導(dǎo)電機(jī)理本征導(dǎo)
3、電雜質(zhì)導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電機(jī)理7導(dǎo)電高分子材料結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子復(fù)合型導(dǎo)電高分子超導(dǎo)高分子材料導(dǎo)電高分子是指電導(dǎo)率在半導(dǎo)體和導(dǎo)體范圍內(nèi)的高分子材料,也是指其本身或經(jīng)過“摻雜”后具有導(dǎo)電性的一類高分子材料。導(dǎo)電高分子材料與金屬相比,具有重量輕,易成型,電阻率可調(diào)節(jié)等諸多優(yōu)點(diǎn),早已引起人們的普遍關(guān)注,目前,復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料已經(jīng)在很多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。1.1.2導(dǎo)電高分子材料8各原子間的相互作用?原來孤立原子的能級發(fā)生分裂若有N個原子組成一體,對于原來孤立原子的一個能級,就分裂成N條靠得很近的能級,能帶的寬度記作?E?E~eV的量級若N~1023,則能帶中兩相鄰能級的間距稱為
4、能帶(energyband)。約為10-23eV。能帶理論回顧9導(dǎo)電機(jī)理:半導(dǎo)體價帶中的電子受激發(fā)后從滿價帶躍到空導(dǎo)帶中,躍遷電子可在導(dǎo)帶中自由運(yùn)動,傳導(dǎo)電子的負(fù)電荷。同時,在滿價帶中留下空穴,空穴帶正電荷,在價帶中空穴可以按照電子運(yùn)動相反的方向運(yùn)動而傳導(dǎo)正電荷。因此,半導(dǎo)體的導(dǎo)電來源于電子和空穴的運(yùn)動,電子和空穴都是導(dǎo)電的載流子。激發(fā)既可以是熱激發(fā),也可以是半導(dǎo)體中非熱激發(fā),通過激發(fā),半導(dǎo)體產(chǎn)生載流子,從而導(dǎo)電。10半導(dǎo)體種類按成分元素半導(dǎo)體:本征,摻雜化合物半導(dǎo)體:合金,化合物,陶瓷,有機(jī)高分子本征半導(dǎo)體(<10-9)摻雜半導(dǎo)體(n,p)(>10-9)按雜質(zhì)含量
5、二.雜質(zhì)(impurity)半導(dǎo)體1.n型半導(dǎo)體又稱n型半導(dǎo)體。量子力學(xué)表明,這種摻雜后多余的電子的能級在禁帶中緊靠空帶處,?ED~10-2eV,極易形成電子導(dǎo)電。本征半導(dǎo)體Si、Ge等的四個價電子,與另四個原子形成共價結(jié)合,當(dāng)摻入少量五價的雜質(zhì)元素(如P、As等)時,就形成了電子型半導(dǎo)體,2.p型半導(dǎo)體四價的本征半導(dǎo)體Si、Ge等摻入少量三價的雜質(zhì)元素(如B、Ga、In等)時,就形成空穴型半導(dǎo)體,又稱p型半導(dǎo)體。量子力學(xué)表明,這種摻雜后多余的空穴能級在禁帶中緊靠滿帶處,?EA<10-1eV,極易產(chǎn)生空穴導(dǎo)電。13氮化鎵GaN第一代電子材料:Si,Ge第二代電子材料
6、:III-V族化合物GaAs,GaP,InP第三代電子材料:SiC,BN,GaN,AlN,ZnSe,金剛石等寬帶半導(dǎo)體。物理特性纖鋅礦結(jié)構(gòu)(六方),能隙3.4eV,用途藍(lán)色與紫外LEDLDp-n結(jié)一.p-n結(jié)的形成在n型半導(dǎo)體基片的一側(cè)摻入較高濃度的面附近產(chǎn)生了一個內(nèi)建阻止電子和空穴進(jìn)一步擴(kuò)散。電子和空穴的擴(kuò)散,在p型和n型半導(dǎo)體交界p型半導(dǎo)體(補(bǔ)償作用)。受主雜質(zhì),(電)場該區(qū)就成為n型p型內(nèi)建場大到一定程度,不再有凈電荷的流動,達(dá)到了新的平衡。在p型和n型交界面附近形成的這種特殊結(jié)構(gòu)稱為p-n結(jié)(阻擋層,耗盡層),其厚度約為0.1?m。p-n結(jié)p型n型16某些物
7、質(zhì)當(dāng)冷卻到臨界溫度以下時,同時產(chǎn)生零電阻率和排斥磁場的能力,這種現(xiàn)象被稱為超導(dǎo)電性,該類材料稱為超導(dǎo)體或超導(dǎo)材料。電力設(shè)備采用該類材料后,可以具有傳統(tǒng)設(shè)備根本無法達(dá)到的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益;有利于設(shè)備的小型化、輕量化及高效化;能抑制大電網(wǎng)的短路電流;可解決遠(yuǎn)距離、大容量輸電的穩(wěn)定性問題;能提高高密度輸電的可靠性等等。超導(dǎo)定義一、超導(dǎo)特性1、完全導(dǎo)電性臨界溫度TC,是物質(zhì)常數(shù),同一種材料在相同條件下,TC有嚴(yán)格的確定值。汞的電阻與溫度關(guān)系Hg的同位素效應(yīng)2、完全抗磁性(反磁性)在超導(dǎo)態(tài)下,超導(dǎo)體內(nèi)沒有磁力線通過,磁場強(qiáng)度恒為零,這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)體的完全抗磁性,或稱邁斯納