第三章-材料的电学

电流：通过截面S的电荷随时间的变化率。电流密度：方向：该点正电荷的运动方向大小：等于在单位时间内通过该点附近垂直于正电荷运动方向的单位面积的电荷dqIdtddqendtSdIenSddqdIJendtdSdSd电子的漂移速度大小；n---单位体积中的自由电子数(A/m2);1dUdUdIdSRdldlRdS11dIdUJEEdSdldE---金属材料中存在的电场强度ne---单位体积中的自由电子数---电子两次碰撞的平均自由时间---电子的平均漂移速度电流密度J：；与温度T成反比；与温度无关一维晶体中电子运动的基本方程0EEx0ExEWx一定高度的海面总有波动变化，类似平均势能之上的能量微小干扰EE0E0EW(x)几点说明1.波函数满足正交归一化条件(0)(0)0Nakkkkdx2.L---晶格长度，L=Na，其中，N----晶胞数，a----晶格常数（原子间距）3.l=整数2lkNa交换积分表示在k为nπ/a时动能动画动画动画对于p型半导体，当沿x方向施加电场Ex时，空穴在电场力作用下沿x方向以速度vx运动，同时在垂直电场Bz产生洛伦兹力的作用而向-y方向偏转，产生横向电荷积累，由其产生“霍尔电场Ey”，稳定时有以下关系式：0yxzqEqBxyxzzJEBBpqyHxzERJB1HRpq----沿外场方向的电流密度有所降低，这种由于磁场的存在导致半导体电阻增大的现象。率增大能带示意图动画动画limZEZ表示能态数目DCDEEE为施主电离能级00Dnnp200inpnDDnN？声学波：相同光学波：相反相邻两个原子位移方向是否相同横波：垂直纵波：平行原子振动方向与格波传播方向的关系迁移率与杂质浓度和温度的关系平均自由时间平均漂移速度散射概率平均自由时间设有N0个电子在t=0时间向某一方向运动，在运动过程中有的很快遇到散射，有的尚未遇到散射.用N(t)表示在t时刻尚未遇到散射的电子数；再过很短时间△t，又有一部分电子遇到散射，由于△t很小，可认为散射是匀速的.根据散射概率P的定义，在t~t+△t时间内遇到散射的电子数为NtPtNtNttNtPt在t~t+△t时间内尚未遇到散射的电子数为N(t+△t),则0limtdNtNttNtPNtdtt0PtNtNe当△t很小时，可以写为解为式中，N0是在t=0时刻未遇到散射的电子数.在t~t+△t时间内遇到散射的所有电子的自由时间均为t,则这些电子的总自由时间为0PttNePdt平均漂移速度设沿x方向施加电场强度为E，考虑的电子具有各向同性的有效质量，如在t=0时，某个电子恰好遇到散射，散射后沿x方向的速度，经过时间t后又遇到散射，在此时间内电子做加速运动，再次散射前速度为*nm0x0*xxnqEtm00**001PtxxnnnqqEEtNePdtNmm平均漂移速度等于0xE形成过程：一种离子脱离平衡位置挤入晶体的间隙中去，形成所谓间隙（或称填隙）离子，而原来位置上形成阳离子或阴离子空位。特点间隙离子和空位是成对出现的。弗仑克尔缺陷除与温度有关外，与晶体本身结构也有很大关系。若晶体中间隙位置较大，则易形成弗仑克尔缺陷，如AgBr比NaCl更易形成这种缺陷。弗仑克尔（Frenkel）缺陷肖特基缺陷产生过程：由于热运动，晶体中阳离子及阴离子脱离平衡位置，跑到晶体表面或晶界位置上，构成一层新的界面，而产生阳离子或阴离子空位，然后内部邻近的离子再进入这个空位，这样逐步进行造成的缺陷。特点：阳离子空位与阴离子空位是符合晶体化学计量比的。如：MgO晶体中，形成Mg2+和O2-空位数相等。动画12UqE动画动画动画高斯定理(Gausstheorem)高斯(Gauss,1777-1855),德国数学家、天文学家和物理学家，有“数学王子”美称静电场中通过任何一闭合曲面的电通量等于该闭合曲面包围的自由电荷的代数和。数学表达式为sDdSq动画E为宏观平均电场强度；E1为球外分子作用产生的电场强度；E2为球内分子作用产生的电场强度.若介质中极化强度为P，它与E平行且处处相等，则球表面上的束缚电荷密度为1cosP球表面束缚电荷在球心（即被研究分子所在点）上所产生的电场强度11204dSdEa式中，θ为P与球表面法线所成的夹角。1120cos4dSEa2sindSaad210002cossin43PPEd203iPEEE作用在被研究分子上的电场强度为可分解成与外施电场E相平行和相垂直的两个分量，其中与E垂直的分量上下相抵消，其向量和为零。1dE01iNEE23iEE电子极化率偶极子转向极化率动画动画瞬时位移极化电子、离子位移极化，到达稳态时间10-16~10-12s松弛极化偶极子转向、热离子极化，10-10s以上介电体的极化强度PrPPP介电体的极化（恒定电场）PrP为位移极化强度；为松弛极化强度介质极化过程的电流随时间的变化曲线动画吸收电流——介质在交变电压作用下引起介质损耗的重要来源。剩余电流——使介质产生电导损耗。动画动画介质的复数电容率00immDDeiEEtantan相当于通常的电容率；为损耗因子D为电感应强度滞后于平均电场强度E的相位差为电感应强度；不同材料的介电损耗来源普通无机晶体介质（如NaCl、SiO2、和云母等）只有位移极化，损耗来源主要为离子电导，tanδ与电导率σ成正比无定形玻璃电导损耗、松弛损耗、结构损耗（由Si-O网络的变形引起）多晶陶瓷离子电导损耗、松弛损耗、夹层损耗铁电陶瓷自发极化动画稳态热击穿脉冲热击穿Eb∝1/T动画（稳态）（稳态）d1（动画）动画动画