材料物理导论(熊兆贤着)课后习题答案第三章习题参考解答

《材料物理导论》习题解答第三章材料的电学EC0.29eV0.05eVEDEFEiEV311231915/)(/1006.4)3001038.1106.122.0exp(21110211)(22.005.029.0212.1)(,12.1.1cmeNEfNneVEEEEEEEEEEEEeVESikTEEDDDDFDiFDicFDDcDgFD的查解：。少子；多子解：)(/1013.1)(/105.1.239203150cmNnpcmNnNnDiDDieV22.0J1053.3EEcm/102Ncm/100.1NNNlnkTEEPcm/1045.8102)103.1(pnncm/102109101.1NNpTNP,NN.320VF315A319VAVVF34152102i3151516DAAD代入可得取，取型半导体，有对于杂质几乎完全电离在室温，较少且又型半导体补偿后解：时可保持强电离。则有令，仅考虑杂质电离有低温区，忽略本征激发解：318D318DDD2/1kT/ECDDD0cm/1032.1Ncm/1032.1NN9.0n)eNN8(1N2nn.4DEg=1.12eV《材料物理导论》习题解答KTmkNDTTkEkTmNDNDnTkENNDTkENNNnNNTkEETkEENnTkEETkEENndnDDdncDDDcDDcDDDcDcFFDDDFDFDDD125)2()_ln(ln)2/3()1)(/)2(2_,_)/exp()(2_),/exp()(2ln)exp(21)exp(,)exp(211.532/3002/3000000（代入将总数的百分比为未电离的施主杂质占令代入上式杂质饱和电离时当解：31319pniipniiicm/1029.2)19003900(106.1471)(q1n)(qn1.6解：661119163163221161910310108.21085.3/8.108.101350106.1105/105,/1051085.3)5001350(106.1103.1)(/103.1300.7innDnDipniiicmqncmncmNSicmqncmnSiK则的密度本征又的时解：cm34.1400106.11017.11pq1cm/1017.1)33.2500/(1002.68.10105.4Np.81916p316235A解：《材料物理导论》习题解答mEsqmmqnnndsnnnnnn18174417194311048.11048.110101.01048.1106.110101.926.01.0.9解：3.16.01781.0SlRcm781.08000106.1101nq11.101915n解：225112251123312319193103.421023.412.4400)2(5.361065.3365.3)1010/(101.926.03001038.13106.110/33,,)1(101.926.026.0.11cmAmAimKcmAmAmkTqNEimEmkTqNmkTVEVnqkgmmSidnAdnAdndn时，同理，（电子有效质量），对解：cm045.0)1350106.1103.10()pq(sVcm1350cm/103.10100.1101103.1n)3(cm34.4)480106.1103.0()pq(cm/103.0100.1103.1NNp)2(cm34.4)480106.1103()pq(sVcm480cm/103Np,nn)1(.12119161112n3161617161191613161616DA119151112p315AAi又又查得解：《材料物理导论》习题解答为最大。型半导体的又且有最小值。时，及当，又令令可知由题中证：解：maxminmax111916minmin222222222025.0194.3978078000106.1106.12)2(2//.00/0/00)/,/()1(.13Pcmcmqnnpnndpddndnpdpdnnqnnqdndpqqpnqnnnqpqnqnpnnnpnpnnpipninpipninpipinpnipinpnpninpii174nd112112312324nnnnnd174)(d4d14n)(d17153123002scm10488.2102488Esvcm2488svm2488.0101.926.030010381.12101043mkT2E43mqqE4kTm23kTm23)E(q4kTm23lq4,scm105.1101500'cm/V10Escm105.1101500Ecm/V10Escm1029.2sm1029.2101.926.030010381.13mTk3Tk23m21.14强场时时，时，解：热漂热漂热热《材料物理导论》习题解答V10761.710363.4106.110101.926.01029.2qlmlEUqmEs1029.21Ps10363.41029.2100.1lcm100.1m1lscm1029.210101.926.030010381.13101mkT3101101.15411196314ndndd1101164d41623123nd电压电场强度平均碰撞次数平均自由时间平均自由程解：热eV596.0J10540.9elg/10381.1)3000(W3000BB10001A6B5001A9)2(elg/BkWT1BAT1)kelgW('AlgelgkTW'Alglge'A)1(.162023kT/W解：92.851.0)300132(9.011.0)300132(1009.0)332()332(1.0,1;9.0,100.17dmdmddmdmmddmm气气解：11342124122120rmF100.602.01041105.0104.2tan''')2(39.3104110854.8105.0104.2AdC1)1(.18损耗因子相对电容率解：《材料物理导论》习题解答2,1,.21nnSiCnVCnCV＝属于非铁磁性物质由于折射率麦克斯韦电磁场理论解：22.从结构上解释，为什么含碱土金属的玻璃适用于介电绝缘？答：玻璃中加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率降低。相应的阳离子半径越大，这种效应越强。这是由于二价离子与玻璃中氧离子结合比较牢固，能镶入玻璃网络结构，以致堵住迁移通道，使碱金属离子移动困难，因而电导率降低。《无机材料物理导论》清华大学出版社。Page25823．细晶粒金红石陶瓷样品在20℃，100Hz时，相对介电常数为100。这种陶瓷相对介电常数高的原因是什么？如何用实验来鉴别各种起作用的机制？答：金红石离子间作用较强，其离子与电子极化率有相同数量级，由于存在离子极化，产生与外电场方向一致的附加电场，强烈地增加了电子极化强度，使得电容率大大增加（≈100）。实验鉴别起作用的机制：可由结构系数来计算，结构系数表示被考察离子周1.4096.4ln312.6ln324.5lnlnxlnxln.19222211解：B,eA,eBA330e8R2R,RR4.20电子极化率解：《材料物理导论》习题解答围晶格内其它离子的影响。如果离子A周围处于B位置上的离子占优势，则感应电矩作用在离子A上附加内电场与外电场的方向相同，此时附加电场与外电场加强了外电场的作用，结构系数机就是正的；反之，结构系数就是负的。金红石晶体的C11，C12，C21C22，分别为Ti4+与Ti4+、Ti4+与O2-、O2-Ti4+、O2-与O2-间的内电场结构系数，它们仅决定于晶胞参数，由于中心离子周围离子Ti4+O2-Ti4+C11＝-0.8/a3C12＝+36.3/a3O2-C21＝+18.15/a3C22＝-12.0/a3从表中看出，表示钛离子和氧离子本身相互作用的内电场结构系数C11与C22均为负数，这表明同种离子之间都有削弱外电场的作用。反之，表示钛离子和氧离子之间相互作用的内电场结构系数C12和C21相当大，并且都是正值，这表明异种离子之间都有加强外电场的作用。其结果使氧离子和钛离子的极化加强，而且这种加强远远超过了同种离子削弱外电场的作用，这就使得晶体得介电常数和大。《无机材料物理导论》清华大学出版社。Page307-31524、叙述BaTiO3典型电介质中在居里点以下存在的四种极化机制。答：（1）电子极化：指在外电场作用下，构成原子外围的电子云相对原子核发生位移形成的极化。建立或消除电子极化时间极短，约10-15～10-16（2）离子极化：指在外电场的作用下，构成分子的离子发生相对位移而形成的极化，离子极化建立核消除时间很短，与离子在晶格振动的周期有相同数量级，约为10-12～10-13（3）偶极子转向极化：指极性介电体的分子偶极矩在外电场作用下，沿外施电场方向而产生宏观偶极矩的极化。（4）位移型自发极化：是由于晶体内离子的位移而产生了极化偶极矩，形成了自发极化。课本Page111-116《材料物理导论》习题解答25、画出典型铁电体的电滞回线示意图，并用有关机制解释引起非线性关系的原因。答：图见课本page116铁电体晶体在整体上呈现自发极化，这意味着在正负端分别有一层正的和负的束缚电荷。束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高。在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还能使应变能增加。所以均匀极化的状态是不稳定的，晶体将分成若干个小区域，每个小区域内部电偶极子沿同一方向，但各个小区域中电偶极子方向不同。这些小区域称为电畴或畴。畴的间界叫畴壁。铁电体的极化随电场的变化而变化。但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。在电场作用下，新畴成核长大，畴壁移动，导致极化转向。在电场很弱时，极化线性地依赖于电场，此时可逆地畴壁移动占主导地位。当电场增强时，新畴成核，畴壁运动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快，当电场达到相应于B点的值时，晶体成为单畴，极化趋于饱和。《铁电体物理学》钟维烈著北京：