材料物理性能——电学性能PPT学习教案.pptx

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1、会计学1材料材料(cilio)物理性能物理性能电学性能电学性能第一页，共64页。第1页/共64页第二页，共64页。元素元素(yun s)周期表周期表第2页/共64页第三页，共64页。第3页/共64页第四页，共64页。第4页/共64页第五页，共64页。第5页/共64页第六页，共64页。A族，碱金属，外壳层价电子数为族，碱金属，外壳层价电子数为1，其价电子在外加电场作，其价电子在外加电场作用下由价带跃迁到导带，形成电流。因此只有用下由价带跃迁到导带，形成电流。因此只有(zhyu)那些电子那些电子未填满能带的材料才有导电性。未填满能带的材料才有导电性。第6页/共64页第七页，共64页。AA族，外壳族

2、，外壳(wi k)(wi k)层价电子数为层价电子数为1 1第7页/共64页第八页，共64页。贵金属，贵金属，d壳层填满、与原子核有强交互作用壳层填满、与原子核有强交互作用(zuyng)，使，使s壳层电子与核作用壳层电子与核作用(zuyng)大大减弱，其价电子在外加电场大大减弱，其价电子在外加电场作用作用(zuyng)下进入导带，导电性极好。下进入导带，导电性极好。第8页/共64页第九页，共64页。d壳层填满，与原子和有强交互作用，使壳层填满，与原子和有强交互作用，使s壳层电子与壳层电子与核作用大大核作用大大(d d)减弱，其价电子在外加电场作用下减弱，其价电子在外加电场作用下进入导带，导电性

3、极好。进入导带，导电性极好。第9页/共64页第十页，共64页。A族，外壳族，外壳(wi k)层价电子数为层价电子数为2。Mg的的3p能带与能带与3s能带能带重叠，重叠，3s上的电子可跃迁到上的电子可跃迁到3p能带上，也有较好的导电性。能带上，也有较好的导电性。第10页/共64页第十一页，共64页。AA族，外壳族，外壳(wi k)(wi k)层价电子数为层价电子数为2 2AA族，外壳族，外壳(wi k)(wi k)层价电子数为层价电子数为3 3第11页/共64页第十二页，共64页。d壳层电子逐渐填满过渡金属壳层电子逐渐填满过渡金属(jnsh)。Fe原子形成晶体时原子形成晶体时4s能带与能带与3d

4、能带重叠。由于价电子核内层电子有强的交互作用，铁的导电性稍差。能带重叠。由于价电子核内层电子有强的交互作用，铁的导电性稍差。第12页/共64页第十三页，共64页。d壳层电子逐渐填满壳层电子逐渐填满(tin mn)过渡金属过渡金属第13页/共64页第十四页，共64页。金属金属(jnsh)的导电理论的导电理论n n经典电子经典电子经典电子经典电子(dinz(dinz)理论理论理论理论n n金属晶体为正离子电子金属晶体为正离子电子金属晶体为正离子电子金属晶体为正离子电子(dinz(dinz)气气气气n n外加电场时，自由电子外加电场时，自由电子外加电场时，自由电子外加电场时，自由电子(dinz(di

5、nz)定定定定向迁移，形成电流。自由电子向迁移，形成电流。自由电子向迁移，形成电流。自由电子向迁移，形成电流。自由电子(dinz(dinz)与正离子机械碰撞产生电与正离子机械碰撞产生电与正离子机械碰撞产生电与正离子机械碰撞产生电阻阻阻阻Eev第14页/共64页第十五页，共64页。电子在自由程终点获得的定向迁移速度电子在自由程终点获得的定向迁移速度(sd)平均速度平均速度(sd)电流密度电流密度电阻率表达式电阻率表达式散射系数散射系数a加速度t两次碰撞时间间隔E电场强度m电子质量n单位体积(tj)自由电子数在量子理论中为n*，代表单位体积(tj)内实际参加导电的电子数e电子电荷v电子速度L电子平

6、均自由程第15页/共64页第十六页，共64页。影响影响(yngxing)导电性的因素导电性的因素n n温度升高，离子热振动加剧，原子无序温度升高，离子热振动加剧，原子无序温度升高，离子热振动加剧，原子无序温度升高，离子热振动加剧，原子无序度加大，使电子散射几率加大，电阻率度加大，使电子散射几率加大，电阻率度加大，使电子散射几率加大，电阻率度加大，使电子散射几率加大，电阻率加大加大加大加大n n冷加工使晶格畸变，使电子散射几率加冷加工使晶格畸变，使电子散射几率加冷加工使晶格畸变，使电子散射几率加冷加工使晶格畸变，使电子散射几率加大，原子间距有所改变，电阻率加大大，原子间距有所改变，电阻率加大大，

7、原子间距有所改变，电阻率加大大，原子间距有所改变，电阻率加大n n压力通常使电阻率降低压力通常使电阻率降低压力通常使电阻率降低压力通常使电阻率降低n n热处理通过晶格畸变、点缺陷、晶粒热处理通过晶格畸变、点缺陷、晶粒热处理通过晶格畸变、点缺陷、晶粒热处理通过晶格畸变、点缺陷、晶粒尺寸的变化尺寸的变化尺寸的变化尺寸的变化(binhu)(binhu)影响电阻率影响电阻率影响电阻率影响电阻率D第16页/共64页第十七页，共64页。合金合金(hjn)的导电性的导电性连续固溶体，最大电阻率连续固溶体，最大电阻率通常通常(tngchng)在在50原原子浓度处。主要是异类原子浓度处。主要是异类原子引起溶剂晶

8、格畸变。子引起溶剂晶格畸变。溶质为过渡元素时，电阻溶质为过渡元素时，电阻率增大更为显著。因为溶率增大更为显著。因为溶剂的部分价电子会进入过剂的部分价电子会进入过渡元素未填满的渡元素未填满的d或或f电子电子层，减少了有效电子数。层，减少了有效电子数。用做电热合金和电阻合金。用做电热合金和电阻合金。第17页/共64页第十八页，共64页。马基申定律马基申定律(dngl)n n低浓度下固溶体电阻低浓度下固溶体电阻低浓度下固溶体电阻低浓度下固溶体电阻n n 溶剂电阻（晶格热振动，溶剂电阻（晶格热振动，溶剂电阻（晶格热振动，溶剂电阻（晶格热振动，电子散射），与温度电子散射），与温度电子散射），与温度电子散

9、射），与温度(wnd)(wnd)有关，绝对零度时为零。有关，绝对零度时为零。有关，绝对零度时为零。有关，绝对零度时为零。n n 残余电阻（合金原子，空残余电阻（合金原子，空残余电阻（合金原子，空残余电阻（合金原子，空位、间隙原子及位错等），位、间隙原子及位错等），位、间隙原子及位错等），位、间隙原子及位错等），与温度与温度与温度与温度(wnd)(wnd)无关。无关。无关。无关。第18页/共64页第十九页，共64页。n n低浓度下溶质原子引起的残余电阻与温度无关，固溶体的电阻温度低浓度下溶质原子引起的残余电阻与温度无关，固溶体的电阻温度低浓度下溶质原子引起的残余电阻与温度无关，固溶体的电阻温度低

10、浓度下溶质原子引起的残余电阻与温度无关，固溶体的电阻温度系数低于纯金属，而固溶体电阻率随温度变化的斜率与纯金属相同。系数低于纯金属，而固溶体电阻率随温度变化的斜率与纯金属相同。系数低于纯金属，而固溶体电阻率随温度变化的斜率与纯金属相同。系数低于纯金属，而固溶体电阻率随温度变化的斜率与纯金属相同。n n高浓度下，高浓度下，高浓度下，高浓度下，和和和和 均随温度变化。均随温度变化。均随温度变化。均随温度变化。n n含有过渡金属元素时（如加入含有过渡金属元素时（如加入含有过渡金属元素时（如加入含有过渡金属元素时（如加入MnMn），可能出现），可能出现），可能出现），可能出现(chxin)(chxin

11、)n n 锰铜精密电阻合金，具有低的电阻温度系数。锰铜精密电阻合金，具有低的电阻温度系数。锰铜精密电阻合金，具有低的电阻温度系数。锰铜精密电阻合金，具有低的电阻温度系数。第19页/共64页第二十页，共64页。有序固溶体的导电性有序固溶体的导电性n n固溶体有序化使点阵规律性加强，减小固溶体有序化使点阵规律性加强，减小固溶体有序化使点阵规律性加强，减小固溶体有序化使点阵规律性加强，减小电子散射，使导电性加强。电子散射，使导电性加强。电子散射，使导电性加强。电子散射，使导电性加强。n n冷加工破坏固溶体的有序度，增加电阻冷加工破坏固溶体的有序度，增加电阻冷加工破坏固溶体的有序度，增加电阻冷加工破坏

12、固溶体的有序度，增加电阻(dinz(dinz)率。率。率。率。n n电阻电阻电阻电阻(dinz(dinz)测量法是研究有序固溶体测量法是研究有序固溶体测量法是研究有序固溶体测量法是研究有序固溶体的有效方法。的有效方法。的有效方法。的有效方法。第20页/共64页第二十一页，共64页。不均匀固溶体（不均匀固溶体（不均匀固溶体（不均匀固溶体（K K状态状态状态状态(zhungti)(zhungti)）的电阻）的电阻）的电阻）的电阻n n固溶体中存在溶剂原子的偏聚区成分波动或原子排列短程有序，固溶体中存在溶剂原子的偏聚区成分波动或原子排列短程有序，固溶体中存在溶剂原子的偏聚区成分波动或原子排列短程有序

13、，固溶体中存在溶剂原子的偏聚区成分波动或原子排列短程有序，故能强烈地散射电子，使电阻率增加。故能强烈地散射电子，使电阻率增加。故能强烈地散射电子，使电阻率增加。故能强烈地散射电子，使电阻率增加。n n回火能促使偏聚区的形成。回火能促使偏聚区的形成。回火能促使偏聚区的形成。回火能促使偏聚区的形成。n n加热到高温或进行强烈的冷加工，使偏聚区消失，可降低电阻率。加热到高温或进行强烈的冷加工，使偏聚区消失，可降低电阻率。加热到高温或进行强烈的冷加工，使偏聚区消失，可降低电阻率。加热到高温或进行强烈的冷加工，使偏聚区消失，可降低电阻率。n n铝铜合金。加热到单相区固溶；淬火形成过饱和单相固溶体；加温铝

14、铜合金。加热到单相区固溶；淬火形成过饱和单相固溶体；加温铝铜合金。加热到单相区固溶；淬火形成过饱和单相固溶体；加温铝铜合金。加热到单相区固溶；淬火形成过饱和单相固溶体；加温(ji wn)(ji wn)时效，析出时效，析出时效，析出时效，析出GPGP区、区、区、区、，等。等。等。等。n n可用电阻分析法研究铝合金的时效过程。可用电阻分析法研究铝合金的时效过程。可用电阻分析法研究铝合金的时效过程。可用电阻分析法研究铝合金的时效过程。第21页/共64页第二十二页，共64页。第22页/共64页第二十三页，共64页。铝合金在铝合金在180时效时效(shxio)5秒钟，铜原子秒钟，铜原子的偏聚的偏聚第23

15、页/共64页第二十四页，共64页。金属金属(jnsh)化合物的导电性化合物的导电性n n金属化合物（如金属化合物（如金属化合物（如金属化合物（如FeAl3,NiAl3FeAl3,NiAl3）的导电性通常）的导电性通常）的导电性通常）的导电性通常(tngchng)(tngchng)比其组元的比其组元的比其组元的比其组元的导电性低得多，主要是金属键部分地为共价键或离子键所代替。导电性低得多，主要是金属键部分地为共价键或离子键所代替。导电性低得多，主要是金属键部分地为共价键或离子键所代替。导电性低得多，主要是金属键部分地为共价键或离子键所代替。n n电子化合物（如电子化合物（如电子化合物（如电子化合

16、物（如Cu3Zn8Cu3Zn8）主要是金属键结合，导电性介于固溶体和）主要是金属键结合，导电性介于固溶体和）主要是金属键结合，导电性介于固溶体和）主要是金属键结合，导电性介于固溶体和金属化合物之间。金属化合物之间。金属化合物之间。金属化合物之间。n n间隙相间隙相间隙相间隙相(如如如如TiC)TiC)具有金属键和的特性，导电性较好。具有金属键和的特性，导电性较好。具有金属键和的特性，导电性较好。具有金属键和的特性，导电性较好。第24页/共64页第二十五页，共64页。第25页/共64页第二十六页，共64页。多相多相(du xin)合金的导电性合金的导电性n n当合金为退火态、无织构，且组成相的电

17、导率相近时（电导率之比约当合金为退火态、无织构，且组成相的电导率相近时（电导率之比约当合金为退火态、无织构，且组成相的电导率相近时（电导率之比约当合金为退火态、无织构，且组成相的电导率相近时（电导率之比约0.751.750.751.75），双相合），双相合），双相合），双相合金的导电性符合金的导电性符合金的导电性符合金的导电性符合(fh)(fh)各项合金相加规律。各项合金相加规律。各项合金相加规律。各项合金相加规律。n np p、q q为体积百分数。为体积百分数。为体积百分数。为体积百分数。n nc1c1、c2c2为质量百分数。为质量百分数。为质量百分数。为质量百分数。第26页/共64页第二十

18、七页，共64页。两相片状组织两相片状组织(zzh)导电导电(dodin)方向方向导电导电(dodin)方向方向 第27页/共64页第二十八页，共64页。导电性的测量导电性的测量(cling)n n电桥法（单电桥，双电桥克服附加电阻）电桥法（单电桥，双电桥克服附加电阻）电桥法（单电桥，双电桥克服附加电阻）电桥法（单电桥，双电桥克服附加电阻）n n直流电位差计测量法（消除连线电阻和接触电阻）直流电位差计测量法（消除连线电阻和接触电阻）直流电位差计测量法（消除连线电阻和接触电阻）直流电位差计测量法（消除连线电阻和接触电阻）n n半导体电阻的测量（四探针半导体电阻的测量（四探针半导体电阻的测量（四探针

19、半导体电阻的测量（四探针(tn zhn)(tn zhn)法）法）法）法）n n绝缘体电阻的测量（电容和冲击检流计测量法）绝缘体电阻的测量（电容和冲击检流计测量法）绝缘体电阻的测量（电容和冲击检流计测量法）绝缘体电阻的测量（电容和冲击检流计测量法）第28页/共64页第二十九页，共64页。1、工作、工作(gngzu)电流标准化电流标准化（K到到N）2、求待测电动势（、求待测电动势（K到到X）3、求待测电阻、求待测电阻RxRx=R标标Ux/U标标特点：消除特点：消除(xioch)连线电连线电阻和接触电阻阻和接触电阻 第29页/共64页第三十页，共64页。电阻分析电阻分析(fnx)的应用的应用n n合

20、金的时效合金的时效n n合金的有序无序转变合金的有序无序转变(zhunbin)n n固溶体的溶解度固溶体的溶解度n n淬火钢的回火淬火钢的回火第30页/共64页第三十一页，共64页。Al-Cu合金时效合金时效(shxio)步步骤：骤：1、加热到、加热到单相区固溶单相区固溶2、淬水，得到过饱和、淬水，得到过饱和固固溶体溶体3、在室温或加热时效、在室温或加热时效(shxio)：a.析出析出(xch)GP区（与基体共格）区（与基体共格）b.析出析出(xch)（与基体共格）（与基体共格）c.析出析出(xch)（与基体半共格）（与基体半共格）d.析出析出(xch)CuAl2（与基体非（与基体非共格），并

21、聚集长大。基体共格），并聚集长大。基体Cu含含量减少，电阻下降。量减少，电阻下降。第31页/共64页第三十二页，共64页。铝合金在铝合金在180时效时效(shxio)5秒钟，铜原秒钟，铜原子的偏聚子的偏聚第32页/共64页第三十三页，共64页。25时效产生的时效产生的GP区在区在215保保温温(bown)时又溶回到基体中，时又溶回到基体中，形成均匀固溶体，电阻下降。形成均匀固溶体，电阻下降。第33页/共64页第三十四页，共64页。合金的有序无序合金的有序无序(w x)转变转变（有序结构电阻率低）（有序结构电阻率低）第34页/共64页第三十五页，共64页。测量方法：测量方法：1、将不同成分的试样

22、加热、将不同成分的试样加热(ji r)到略低于共晶（共析）转变温到略低于共晶（共析）转变温度度t0，保温足够的时间，然后淬火，保温足够的时间，然后淬火得到过饱和固溶体。得到过饱和固溶体。2、把淬火试样加热、把淬火试样加热(ji r)到低到低于于t0的各个温度保温，使组织达到的各个温度保温，使组织达到平衡。平衡。3、然后再淬火到室温测量电阻率，、然后再淬火到室温测量电阻率，作出作出-B曲线。曲线。4、找出转折点对应的浓度，即为、找出转折点对应的浓度，即为各温度下各温度下B在在A中的溶解度。中的溶解度。第35页/共64页第三十六页，共64页。淬火钢的回火淬火钢的回火1 1、110110马氏体分解，

23、正方马氏体分解，正方(zhngfng)(zhngfng)度下降，电阻率降低。度下降，电阻率降低。含含C C量越高，马氏体脱溶分解（电量越高，马氏体脱溶分解（电阻率下降）越急剧。阻率下降）越急剧。2 2、230230残余奥氏体分解，基体残余奥氏体分解，基体C C含量减少，电阻率下降。含量减少，电阻率下降。第36页/共64页第三十七页，共64页。材料的疲劳过程材料的疲劳过程缺陷密度增高、裂纹的形成，使试样缺陷密度增高、裂纹的形成，使试样(sh yn)电阻增电阻增加。加。第37页/共64页第三十八页，共64页。半导体的电学性能半导体的电学性能(xngnng)n n半导体中电子的能量状态半导体中电子的

24、能量状态半导体中电子的能量状态半导体中电子的能量状态(zhungti)(zhungti)能带能带能带能带n n满带、禁带和导带满带、禁带和导带满带、禁带和导带满带、禁带和导带n n本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体n nNN型半导体型半导体型半导体型半导体n nP P型半导体型半导体型半导体型半导体n nPNPN结的特性结的特性结的特性结的特性第38页/共64页第三十九页，共64页。由于电子能否由价带跃迁到空的导带中，主要取决于能隙的大小。C、Si、Ge、Sn的能隙分别(fnbi)为5.4eV、1.1eV、0.67eV和0.08eV。可以算得室温（27）下上述元素中进入导带的电子几率分别

25、(fnbi)为1.2x10-47、2.5x10-10、1.5x10-6和0.17。故金刚石为绝缘体，锡可算作导体，而硅、锗即为半导体。第39页/共64页第四十页，共64页。n n本征半导体纯净的无结构缺陷半导体单晶，如单晶本征半导体纯净的无结构缺陷半导体单晶，如单晶本征半导体纯净的无结构缺陷半导体单晶，如单晶本征半导体纯净的无结构缺陷半导体单晶，如单晶SiSi。n n半导体受到热激发，满带中的部分价电子跃迁半导体受到热激发，满带中的部分价电子跃迁半导体受到热激发，满带中的部分价电子跃迁半导体受到热激发，满带中的部分价电子跃迁(yuqin)(yuqin)到到到到空带中，形成自由电子和空穴。两者成

26、对出现。空带中，形成自由电子和空穴。两者成对出现。空带中，形成自由电子和空穴。两者成对出现。空带中，形成自由电子和空穴。两者成对出现。n n无外电场作用，自由电子和空穴运动无规则，不产生电流。无外电场作用，自由电子和空穴运动无规则，不产生电流。无外电场作用，自由电子和空穴运动无规则，不产生电流。无外电场作用，自由电子和空穴运动无规则，不产生电流。n n加外电场，电子逆电场方向运动，空穴顺电场方向运动，形加外电场，电子逆电场方向运动，空穴顺电场方向运动，形加外电场，电子逆电场方向运动，空穴顺电场方向运动，形加外电场，电子逆电场方向运动，空穴顺电场方向运动，形成电流。故自由电子和空穴统称为载流子。

27、成电流。故自由电子和空穴统称为载流子。成电流。故自由电子和空穴统称为载流子。成电流。故自由电子和空穴统称为载流子。第40页/共64页第四十一页，共64页。本征半导体的电学性能本征半导体的电学性能(xngnng)n n本征载流子（自由电子和空穴）浓度相等：本征载流子（自由电子和空穴）浓度相等：本征载流子（自由电子和空穴）浓度相等：本征载流子（自由电子和空穴）浓度相等：n n迁移率单位迁移率单位迁移率单位迁移率单位(dnwi)(dnwi)场强下自由电子和空穴的平均漂移速度场强下自由电子和空穴的平均漂移速度场强下自由电子和空穴的平均漂移速度场强下自由电子和空穴的平均漂移速度n n电流密度单位电流密度

28、单位电流密度单位电流密度单位(dnwi)(dnwi)面积的电流面积的电流面积的电流面积的电流n n电阻率和电导率电阻率和电导率电阻率和电导率电阻率和电导率 第41页/共64页第四十二页，共64页。掺杂掺杂(chn z)半导体半导体n nN型半导体型半导体n nP型半导体型半导体第42页/共64页第四十三页，共64页。N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入五价元素杂质（在本征半导体中掺入五价元素杂质（P、As、Sb等，形成多余价电子。该多余价电等，形成多余价电子。该多余价电子能量状态较高，在常温下能进入导带，使自由电子浓度极大提高。子能量状态较高，在常温下能进入导带，使自由电子浓度极大提高。五价

29、元素称为施主五价元素称为施主(shzh)杂质（提供多余电子）杂质（提供多余电子）N型半导体（电子型半导体）中，自由电子的浓度大，称为多数载流子，简称多子。型半导体（电子型半导体）中，自由电子的浓度大，称为多数载流子，简称多子。电流由自由电子产生。电流由自由电子产生。本征激发产生的空穴被自由电子复合，故空穴的数量少，称为少子。本征激发产生的空穴被自由电子复合，故空穴的数量少，称为少子。第43页/共64页第四十四页，共64页。NN型半导体电导率随温度型半导体电导率随温度型半导体电导率随温度型半导体电导率随温度(wnd)(wnd)的变化的变化的变化的变化n n随温度的增加，越来越多的施主杂质电子能进

30、入导带，最后直到所有杂质电子随温度的增加，越来越多的施主杂质电子能进入导带，最后直到所有杂质电子随温度的增加，越来越多的施主杂质电子能进入导带，最后直到所有杂质电子随温度的增加，越来越多的施主杂质电子能进入导带，最后直到所有杂质电子全部进入导带。当达到这一温度时，称为施主耗尽全部进入导带。当达到这一温度时，称为施主耗尽全部进入导带。当达到这一温度时，称为施主耗尽全部进入导带。当达到这一温度时，称为施主耗尽(ho jn)(ho jn)。此时电导率为常。此时电导率为常。此时电导率为常。此时电导率为常数（因为温度太低，无本征电子及空穴的导电）。数（因为温度太低，无本征电子及空穴的导电）。数（因为温度

31、太低，无本征电子及空穴的导电）。数（因为温度太低，无本征电子及空穴的导电）。n n通常选择在施主耗尽通常选择在施主耗尽通常选择在施主耗尽通常选择在施主耗尽(ho jn)(ho jn)即平台温度的范围内工作。即平台温度的范围内工作。即平台温度的范围内工作。即平台温度的范围内工作。第44页/共64页第四十五页，共64页。P型半导体型半导体 在本征半导体中掺入三价元素杂质（在本征半导体中掺入三价元素杂质（B、Al、Ga、In，形成高浓度空穴。，形成高浓度空穴。在常温下价带中的价电子能进入三价元素的空穴，而在价带在产生空穴。在常温下价带中的价电子能进入三价元素的空穴，而在价带在产生空穴。三价元素称为三

32、价元素称为(chn wi)受主杂质（能接受价电子）。受主杂质（能接受价电子）。P型半导体（空穴型半导体）中，空穴的浓度大，称为型半导体（空穴型半导体）中，空穴的浓度大，称为(chn wi)多数多数载流子，简称多子。电流由空穴产生。载流子，简称多子。电流由空穴产生。本征激发产生的自由电子被空穴复合，故自由电子的数量少，称为本征激发产生的自由电子被空穴复合，故自由电子的数量少，称为(chn wi)少子。少子。第45页/共64页第四十六页，共64页。PN结的产生结的产生(chnshng)及特性及特性 P区中空穴向N区扩散，在交接面的P区中只留下三价掺杂负离子。N区中自由电子向P区扩散，在交接面的N区

33、中只留下五价掺杂正离子。故在交接面形成空间电荷区。空间电荷区形成由N指向(zh xin)P区的内电场和内建电位差，阻止空穴和自由电子的扩散，最终扩散和漂移达到动态平衡。无外加电场，PN区内无电流。第46页/共64页第四十七页，共64页。PN结的单向结的单向(dn xin)导电性导电性外加正向电压，外加正向电压，PN区内建电位差减小，空穴和自由电子的扩散和漂移的平衡被打破，扩散大区内建电位差减小，空穴和自由电子的扩散和漂移的平衡被打破，扩散大于漂移，产生于漂移，产生P指向指向N的正向电流。的正向电流。U越大，电流越大。越大，电流越大。外加反向电压，外加反向电压，PN区内建电位差增大，扩散小于漂移

34、，以致与停止。但产生区内建电位差增大，扩散小于漂移，以致与停止。但产生N指向指向P的反向的反向电流。由于是少子产生，故电流极小。电流。由于是少子产生，故电流极小。上述机制形成了上述机制形成了PN结的单向结的单向(dn xin)导电性。这是构成半导体二极管和三极管的基础。导电性。这是构成半导体二极管和三极管的基础。第47页/共64页第四十八页，共64页。超导电超导电性性(chododinxng)第48页/共64页第四十九页，共64页。超导体的特性超导体的特性1、完全导电性、完全导电性 有报导说用合金超导导线制成的超导螺线管，估计其超导电流衰减时间有报导说用合金超导导线制成的超导螺线管，估计其超导

35、电流衰减时间不小于不小于10万年万年(wnnin)。超导体没有电阻，因而是等电位的，其中没有电场。超导体没有电阻，因而是等电位的，其中没有电场。第49页/共64页第五十页，共64页。2、完全的抗磁性迈斯钠效应、完全的抗磁性迈斯钠效应 试样表面产生感应磁场试样表面产生感应磁场(cchng)，抵消外磁场，抵消外磁场(cchng)。第50页/共64页第五十一页，共64页。评价评价(pngji)超导材料的性能指标：超导材料的性能指标：1、临界转变温度、临界转变温度Tc2、临界磁场强度、临界磁场强度Hc(T)两类超导体两类超导体第51页/共64页第五十二页，共64页。超导现象的物理本质超导现象的物理本质

36、超导态时，电子与晶格点阵相互作用，使电子克服静电超导态时，电子与晶格点阵相互作用，使电子克服静电斥力而相互吸引斥力而相互吸引(xyn)，组成电子对库柏电子对，组成电子对库柏电子对，通过晶格的阻力为零。通过晶格的阻力为零。超导态电子结成库柏对时能量比正常态的两个电子的能超导态电子结成库柏对时能量比正常态的两个电子的能量低。温度和磁场破坏库柏对的稳定性。量低。温度和磁场破坏库柏对的稳定性。温度越低，超导体越稳定。温度越低，超导体越稳定。第52页/共64页第五十三页，共64页。热电性赛贝克效应热电性赛贝克效应(xioyng)n n赛贝克效应（材料不同，组成赛贝克效应（材料不同，组成赛贝克效应（材料不

37、同，组成赛贝克效应（材料不同，组成(z(z chn chn)闭合回路，两接头存闭合回路，两接头存闭合回路，两接头存闭合回路，两接头存在温差）在温差）在温差）在温差）n n热电势率热电势率热电势率热电势率 第53页/共64页第五十四页，共64页。温差温差(wnch)电位电位热端高能电子向冷端扩散，结果热端带正电（缺少电子），冷端带热端高能电子向冷端扩散，结果热端带正电（缺少电子），冷端带负电（有富余电子），由热端指向冷端的温差负电（有富余电子），由热端指向冷端的温差(wnch)电场阻止了电场阻止了电子的进一步扩散，最终形成稳定的温差电子的进一步扩散，最终形成稳定的温差(wnch)电位差。电位差。

38、热电偶回路热电偶回路(hul)的热电势由的热电势由温差电位差和接触电位差构成温差电位差和接触电位差构成E第54页/共64页第五十五页，共64页。热电偶测温热电偶测温铂铑铂，镍铬镍铝，铜康铜铂铑铂，镍铬镍铝，铜康铜12对应对应(duyng)的温差（的温差（575）25600（测量端温（测量端温度）度）6001225第55页/共64页第五十六页，共64页。热电子效应热电子效应(xioyng)n n热电子发射机理热电子发射机理热电子发射机理热电子发射机理n n固体受热（固体受热（固体受热（固体受热（WW等，加热等，加热等，加热等，加热10001000以上），内部自以上），内部自以上），内部自以上），

39、内部自由电子动能足够大，就会溢出固体表面形成热由电子动能足够大，就会溢出固体表面形成热由电子动能足够大，就会溢出固体表面形成热由电子动能足够大，就会溢出固体表面形成热电子发射。电子发射。电子发射。电子发射。n n应用方式应用方式应用方式应用方式n n 加热，形成热电子发射加热，形成热电子发射加热，形成热电子发射加热，形成热电子发射n n 电场下形成定向运动电场下形成定向运动电场下形成定向运动电场下形成定向运动n n 聚焦、调制形成电子束聚焦、调制形成电子束聚焦、调制形成电子束聚焦、调制形成电子束n n 轰击轰击轰击轰击(hngj)(hngj)荧光屏形成光学图象荧光屏形成光学图象荧光屏形成光学图

40、象荧光屏形成光学图象n n 用于显像管、示波器、电子显微镜等用于显像管、示波器、电子显微镜等用于显像管、示波器、电子显微镜等用于显像管、示波器、电子显微镜等阴极(ynj)阳极第56页/共64页第五十七页，共64页。压电性压电性n n电偶极矩电偶极矩P P（矢量）与电荷间距（矢量）与电荷间距d d及电荷量及电荷量q q的关系的关系(gun x)P(gun x)Pqdqdn n压电性的本质是晶体受力变形，导致正负电荷中心分离，晶体对外显示电偶极矩，表压电性的本质是晶体受力变形，导致正负电荷中心分离，晶体对外显示电偶极矩，表面出现束缚电荷。面出现束缚电荷。n n纵向压电效应，横向压电效应纵向压电效应

41、，横向压电效应n n正压电效应力正压电效应力 电荷电荷n n逆压电效应电荷逆压电效应电荷 力力n n应用：应用：n n 超声发生器，加速度传感器，点火器等超声发生器，加速度传感器，点火器等-q+qPd第57页/共64页第五十八页，共64页。PPPqd纵向纵向(zn xin)压电效应压电效应横向横向(hn xin)压电效压电效应应第58页/共64页第五十九页，共64页。磁电性磁电性n n普通金属普通金属(jnsh)的霍尔效应的霍尔效应n n半导体的霍尔效应半导体的霍尔效应n n磁生电动势磁生电动势n n磁感生电动势磁感生电动势第59页/共64页第六十页，共64页。普通金属的霍尔效应普通金属的霍尔

42、效应电荷电荷(dinh)在磁场中运动所受的作用力在磁场中运动所受的作用力(正电荷正电荷(dinh)用右手定则，负电荷用右手定则，负电荷(dinh)用左手定则用左手定则)洛伦兹力洛伦兹力 与电场力与电场力 平衡平衡电位差为电位差为 有关系式有关系式霍尔系数霍尔系数迁移率迁移率 第60页/共64页第六十一页，共64页。半导体的霍尔系数大半导体的霍尔系数大N型半导体电子是载流子，型半导体电子是载流子，RH为负（为负（A面为负电荷）面为负电荷）P型半导体空穴是载流子，型半导体空穴是载流子，RH为正（为正（A面为正电荷）面为正电荷）本征半导体中电子和空穴同时起作用本征半导体中电子和空穴同时起作用(zuyng)（成对出现），无霍尔效应。（成对出现），无霍尔效应。霍尔效应可以判断载流子的类型（正电荷或负电荷）霍尔效应可以判断载流子的类型（正电荷或负电荷）第61页/共64页第六十二页，共64页。第62页/共64页第六十三页，共64页。第63页/共64页第六十四页，共64页。