光電功能材料及應用-考試重點ppt課件.pptx

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1、導電材料的分類:電子導電材料:起源于電子的運動離子導電材料:起源于離子的運動電子導電材料導體σ≥105S/m超導體σ無限大半導體σ在10-7~104S/m材料絕緣體半導體導體超導體1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。每一個能量取值叫做一個能級。能級2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。空帶:每一個能級上都沒有電子的能帶稱為空帶。3導帶

2、:價帶以上能量最低的允許帶稱為導帶。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。4無機非金屬導電機制:電子導電:載流子是電子或電子空穴;離子導電:載流子是離子或離子空位。離子電導機理:導電高分子是指電導率在半導體和導體范圍內(nèi)的高分子材料,也是指其本身或經(jīng)過“摻雜”后具有導電性的一類高分子材料。5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~10

3、23,則能帶中兩相鄰能級的間距稱為能帶(energyband)。約為10-23eV。能帶理論回顧6半導體導電機理:半導體價帶中的電子受激發(fā)后從滿價帶躍到空導帶中,躍遷電子可在導帶中自由運動,傳導電子的負電荷。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動相反的方向運動而傳導正電荷。因此,半導體的導電來源于電子和空穴的運動,電子和空穴都是導電的載流子。激發(fā)既可以是熱激發(fā),也可以是半導體中非熱激發(fā),通過激發(fā),半導體產(chǎn)生載流子,從而導電。7半導體種類按成分元素半導體:本征,摻雜化合物半導體:合金,化合物,陶瓷,有機高分子本征半

4、導體(<10-9)摻雜半導體(n,p)(>10-9)按雜質(zhì)含量81.n型半導體又稱n型半導體。本征半導體Si、Ge等的四個價電子,與另四個原子形成共價結合,當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體,2.p型半導體四價的本征半導體Si、Ge等摻入少量三價的雜質(zhì)元素(如B、Ga、In等)時,就形成空穴型半導體,又稱p型半導體。例:硅摻入磷后成了n型半導體9p-n結一.p-n結的形成在n型半導體基片的一側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一步擴散。電子和空穴的擴散,在p型和n型半導體交界p型半導體(補償作用)

5、。受主雜質(zhì),(電)場該區(qū)就成為n型p型10內(nèi)建場大到一定程度,不再有凈電荷的流動,達到了新的平衡。在p型和n型交界面附近形成的這種特殊結構稱為p-n結(阻擋層,耗盡層),其厚度約為0.1?m。p-n結p型n型11由于p-n結的存在,電子的能量應考慮進勢壘帶來的附加勢能。這使電子能帶出現(xiàn)彎曲:第一代電子材料:Si,Ge第二代電子材料:III-V族化合物GaAs,GaP,InP第三代電子材料:SiC,BN,GaN,AlN,ZnSe,金剛石等寬帶半導體。12二、超導特性1、完全導電性2、完全抗磁性(反磁性)在超導態(tài)下,超導體內(nèi)沒有磁力線通過,磁場強

6、度恒為零,這種現(xiàn)象稱為超導體的完全抗磁性,或稱邁斯納效應。此時電流只通過導體表面。某些物質(zhì)當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)象被稱為超導電性,該類材料稱為超導體或超導材料。一、超導定義13三、超導體的臨界條件1、臨界溫度TC2、臨界磁場強度HC3、臨界電流密度JC在無外磁場條件下使超導體通電,當電流密度超過一定值后,超導體失去超導電性而恢復正常態(tài)。破壞超導態(tài)的最小電流密度稱為臨界電流密度JC.14常見的非線性光學現(xiàn)象:①光學整流②產(chǎn)生高次諧波③光學混頻④受激拉曼散射⑤自聚焦⑥光致透明有機二階NLO分子的設計原則:

7、(1)分子不具有對稱中心(2)分子具有π共軛的電子體系(3)分子內(nèi)存在電荷轉移(4)透明性和光學非線性性能15激光英文名:LASER(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)受激輻射的光放大“鐳射”、“萊塞”中文名:1964年按照我國著名科學家錢學森建議將“光受激發(fā)射”改稱“激光”“最快的刀”“最準的尺”“最亮的光”《奇異的激光》——小學五年級語文課文16(b):受激吸收處于低能級態(tài)的原子在一定條件下的輻射場作用下,吸收一個光子,躍遷到高能級態(tài);宏觀表現(xiàn):光被吸收(a):自發(fā)輻射處于

8、高能級態(tài)的原子自發(fā)躍遷到低能級態(tài),并同時向外輻射出一個光子;宏觀表現(xiàn):發(fā)光17(c):受激輻射處于高能級態(tài)的原子在一定條件下的輻射場作用下,躍遷到低能級態(tài),并同時輻

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