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YLQ-1.材料物理名词解释电导率：电导率是电阻率的倒数，电导率，=1/。电导率的物理意义是表示物质导电的性能。电导率越大则导电性能越强，反之越小。电导是电阻的倒数，电导率是电阻率的倒数。电导率与温度具有很大相关性。金属的电导率随着温度的增高而降低。半导体的电导率随着温度的增高而增高。载流子：能够携带电荷的粒子。 离子电导：离子所谓载流子的电导机制。离子晶体中，由于热缺陷或杂质的引入而形成的缺陷，脱离格点的填隙离子或空格点的正、负离子在电场作用下定向移动，参与导电过程。载流子是材料本身的本征缺陷载流子、杂质缺陷载流子、质子。主要存在于含有正负离子、空位的离子化合物中、电介质陶瓷、绝缘陶瓷中。电子电导：电子或空穴作为载流子的电导机制。主要是由杂质本身及由杂质形成的各种缺陷，特别是俘获了电子或空穴的各种缺陷在电场的作用下发生电离而定向移动，参与导电过程。载流子是本征载流子、非本征载流子、注入载流子。主要存在于金属、半导体、半导体陶瓷、导电陶瓷、超导陶瓷中。霍尔效应：电流I通过电子电导的陶瓷试样时，若在垂直于电流方向上加一磁场H，则在垂直于I-H平面的方向上产生了电场EH，该电场即霍尔电场，该现象即霍尔效应。霍尔效应的产生是由于电子在磁场作用下，产生横向移动的结果，电子电导的特征是具有霍尔效应，可以利用霍尔效应检验材料是否存在电子电导。由于离子的质量比电子的大的多，磁场的作用力不足以使离子产生横向位移，因此纯离子电导不呈现霍尔效应。常用霍尔效应来区分陶瓷材料的载流子主要是电子还是离子，也可以判断导体和半导体中参加导电的是电子还是空穴。本征电导：晶体中，可动正负离子随热运动而离开晶格形成热缺陷，或晶体受热激发而产生可动电子和空穴，热缺陷或激发的电子和空穴在电场作用下能定向移动及电离，从而参与导电的过程。两种载流子的浓度相等，电导率与温度有关。本征导电：极低温度下，半导体的价带是满带(见能带理论)，受热激发后，价带中的部分电子越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子-空穴对，均能自由移动，即载流子，载流子在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。非本征电导（杂质电导）：是通过引入外来杂质而产生缺陷（填隙离子或空格点的正负离子），或可动的电子、空穴在电场作用下参与导电的过程。两种载流子的浓度不等，电导率取决于杂质数量。本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体。非本征半导体（杂质半导体）：向本征半导体中掺入微量杂质得到的半导体。半导化：在禁带中形成附加能级，这些附加能级的电离能都比较低，高温下受到热激发就会产生载流子而形成半导体 。氧化物陶瓷这种由绝缘体转变为半导体的现象称之为半导化。 在氧化物晶体中，产生附加能级主要有两个途径：不含杂质的氧化物主要通过化学计量比偏离，在晶体中存在固有缺陷。在氧化物掺入少量杂质，在晶体中存在杂质缺陷。P型半导体：向本征半导体掺入了以正电荷（空穴）作为载流子的杂质元素，即掺入了施主的非本征半导体。如四价元素的本征半导体（硅Si或锗Ge），掺入少量三价杂质元素（硼B或镓Ga）。n型半导体：向本征半导体掺入了以负电荷（电子）作为载流子的杂质元素，即掺入了受主的非本征半导体。如四价元素的本征半导体（硅Si或锗Ge），掺入少量五价杂质元素（磷P或锑Sb）。施主：向本征半导体提供电子作为载流子的杂质元素；受主：向本征半导体提供空穴作为载流子的杂质元素。施主掺杂：通过引入高价金属离子或在晶格内形成氧空位或填隙金属离子缺陷，在晶格周围产生剩余电子，被由高价金属离子或氧空位或填隙金属离子所形成的正电中心所束缚，这种束缚是弱束缚，在导带下面形成施主能级的掺杂形式。受主掺杂：通过引入低价金属离子或形成金属离子空位缺陷，形成负电中心，在价带顶部形成受主能级的掺杂形式。空间电荷的定义及产生原因：由电子或离子在一个空间区域内形成的电荷。P-N结中，电子和空穴带有相反电荷，它们在扩散过程中产生复合（中和），使P区和N区中原来的电中性被破坏。 P区失去空穴留下带负电的离子，N区失去电子留下带正电的离子， 这些离子因物质结构不能移动，称空间电荷。空间电荷集中在P区和N区的交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，即P-N结。费米能级：绝对零度时，能带中有一半的能级被电子占据的能级称为费米能级。能够携带电荷的粒子称为载流子。 在金属、半导体和绝缘体中携带电荷的载流子是电子；在离子化合物中，携带电荷的载流子则是离子。 控制材料的导电性能实际上就是控制材料中的载流子的数量和这些载流子的移动速率。对于金属材料来说，载流子的移动速率特别重要。从连续能量分布的价电子在均匀势场中的运动，到不连续能量分布的价电子在均匀势场中的运动，再到不连续能量分布的价电子在周期性势场中的运动，分别是经典自由电子论、量子自由电子论、能带理论。这三种分析材料导电性理论的主要特征。未填满电子的能带称为导带。由价电子能级分裂而成的能带称为价带。在能带之间没有可能量子态的能量区域叫禁带。超导体：随着温度的降低，电阻率会逐渐降低。有些材料在冷却到某一低温Tc时，材料的电阻变为零，电流可以在材料中无限的流动，材料呈现超导状态，称此材料为超导体。电介质四大基本参数：电导：电介质在电场作用下存在泄露电流。介电常数：以电极化的方式传递、存贮或记录电的作用。衡量电介质材料储存电荷能力的参数。介电损耗：电介质在电场的作用下存在电能的损失。击穿：在强电场下可能导致电介质的破坏。 偶极子：在电场作用下，正负束缚电荷只能在微观尺度上作相对位移，不能作定向移动。正负束缚电荷的相对偏移产生感应偶极矩，正负电荷形成一个偶极子。束缚电荷：在电介质中，原子，分子或离子中的正负电荷以共价键或离子键的形式被相互强烈地束缚着，通常称为束缚电荷。空间电荷的定义及产生原因：由电子或离子在一个空间区域内形成的电荷。P-N结中，电子和空穴带有相反电荷，它们在扩散过程中产生复合（中和），使P区和N区中原来的电中性被破坏。 P区失去空穴留下带负电的离子，N区失去电子留下带正电的离子， 这些离子因物质结构不能移动，称空间电荷.空间电荷集中在P区和N区的交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，即P-N结。介电强度：介质材料在电场作用过程中，常因承受的超过一定数值而失去绝缘能力，出现击穿现象。击穿时的电场强度称为介电强度或击穿场强Eb。电介质的介电强度随频率和温度的升高而降低介电常数：以电极化的方式传递、存贮或记录电的作用。衡量电介质材料储存电荷能力的参数。介电损耗（介质损耗）：电介质在电场作用下（电导或极化过程），部分电能转化为热能，单位时间消耗的电能。 击穿：一般外电场不太强时，电介质只被极化，不影响其绝缘性能。当加在电介质上的电场强度超过某一临界值时，电介质分子的正负电荷中心被拉开，甚至脱离约束而成为自由电荷，电介质失去绝缘性而变成导电材料的现象。击穿场强电介质所能承受的不被击穿的最大场强。击穿电压电介质（或电容器）击穿时两极板的电压。固体电介质的击穿有电击穿、热击穿、电化学击穿、放电击穿等形式。绝缘结构发生击穿，往往是电、热、放电、电化学等多种形式同时存在，很难截然分开。一般，在采用tan值大、耐热性差的电介质的低压电气设备，在工作温度高、散热条件差时，热击穿较为多见。而在高压电气设备中，放电击穿的概率就大些。脉冲电压下的击穿一般属于电击穿。当电压作用时间达数十小时乃至数年时，大多数属于电化学击穿。电击穿：固体介质在强电场作用下，内部少量可自由移动的载流子剧烈运动，与晶格上的原子发生碰撞使之游离，并迅速扩展而导致电介质的绝缘性丧失。 电击穿是高电压造成的电介质绝缘性丧失，电压作用时间短，击穿电压高，与电场均匀度密切相关，但与环境温度及电压作用时间几乎无关。是可逆击穿，限制电流即可恢复。热击穿：电介质在电场作用下，由于漏电流、电损耗或孔隙局部气体电离放电产生放热，使电能转换为热能，材料温度逐步升高，随着时间延续，积热增多，当达到一定温度时，材料即行开裂、玻璃化或熔化，绝缘性能被破坏而导致击穿的现象。热击穿是大电流产热造成的电介质绝缘性丧失，电场作用时间长，击穿电压随温度和电压作用时间的延长而迅速下降，与热过程有关，一般出现在较高温度下。热击穿与介质的导致系数、强度、内部缺陷、掺杂物（杂质）、气孔、形状及散热条件等多种因素有关。是不可逆击穿。极化：电介质内部正负电荷中心分离的现象。电介质的极化：外电场作用下，电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩，在电介质表面出现极化电荷的现象叫作电介质的极化。极化率：单位局部电场强度下，质点电偶极矩的大小称为质点的极化率=p/E0 表征材料的极化能力。自发极化：在无外电场作用的时候，晶体的正负电荷中心不重复而呈现电偶极矩的现象。7，14，32，21，20，10晶体结构分为7个晶系，14种布拉菲晶胞，包括面心立方、体心立方和六方，晶体是否具有压电效应，取决于晶体构造的对称性。在晶体的32种点群中，具有对称中心的11个点群不会有压电效应，在不存在对称中心的21种点群中，除了432点群因为对称性很高，压电效应退化以外，其余20个点群都有可能产生压电效应，即20种压电晶体。20种压电晶体中有10种具有单一对称轴的点群可能产生自发极化，即10种具有热释电效应。1. 材料结构四个层次： 原子结构， 原子排列， 微观结构， 宏观结构。不同的键和方式使材料形成 金属， 半导体， 陶瓷， 高分子材料等。2. 晶体结构分为7个晶系，14种布拉菲晶胞，包括面心立方、体心立方和六方， 晶体结构的表征可以用表示其最小到那个有的单胞的晶格常数， 晶体结构中的方向和平面采用密勒指数表示， 六方晶系晶体结构中的方向和平面采用密勒-布拉菲指数来表示。铁电体热释电体压电体介电体铁电体：具有自发极化（存在电畴），且自发极化方向能随外电场改变的晶体称为铁电体。一定温度范围内，铁电体必然是压电体，而压电体则不一定是铁电体。铁电体的极化强度P与外电场E之间存在电滞回线，因而，可用是否存在电滞回线来判断是否是铁电体。热释电体：具有自发极化的晶体，但因受到表面电荷等补偿作用，其电矩不能显现出来。只有当温度改变，电矩发生变化（电矩有异于零的温度系数）不能被抵消时，才显现其固有的极化。压电体：具有压电性质的晶体。机械应力的作用下介质发生极化，形成晶体表面电荷的效应称为压电效应。反之，当外加电场于晶体，晶体发生形变的效应称为逆压电效应。这样的性质称为晶体的压电性。这样的晶体称为压电体。介电体：在电场作用下具有极化能力并在其中长期存在电场的一种物质，通常不导电。压电效应：机械应力的作用下介质发生极化，形成晶体表面电荷的效应称为压电效应。反之，当外加电场于晶体，晶体发生形变的效应称为逆压电效应。这样的性质称为晶体的压电性。这样的晶体称为压电体。正压电效应：某些电介质受到沿一定方向的外力作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。去掉外力后，恢复到不带电状态的现象。逆压电效应：当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，去掉电场后，电介质的变形随之消失的现象。晶界效应引起的电压敏效应和PTC效应：压敏效应：又称电压敏效应。某些半导体材料对电压敏感的非线性电阻效应。由半导体材料的晶界效应引起的。即在某临界电压下，电阻值很高，为绝缘体；超过临界电压，电阻值迅速降低，让电流通过。PTC效应：PTC (Positive Temperature Coefficient) 效应，即正温度系数效应，材料的电阻会随温度的升高而突变，增大34个数量级，为价控型钛酸钡半导体所特有，电阻率突变温度在相变（四方相与立方相转变）温度或居里温度点。是由半导体材料的晶界效应引起的。大多数金属材料都具有PTC效应。液晶：一些有机化合物和高分子聚合物，在一定温度或浓度的溶液中，既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性。含热致液晶和溶致液晶。电畴：晶体中存在一些不同方向的自发极化区域。在铁电体中，固有电极矩在一定的子区域内取向相同这些区域称为电畴。（取向相同的固有电偶极矩）电畴的排列方式分为180度电畴（反平行）和90度电畴。因而不加电场时，整个晶体总电矩为零。电滞回线：铁电体的自发极化在外电场作用下的重行定向并不是连续发生的，而是在外电场超过某一临界电场强度时发生的。这就使得极化强度P滞后于外加电场E。当电场发生周期性变化时，P和E之间便形成电滞回线关系。居里温度：材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度，即铁电体从铁电相转变成顺电相引的相变温度。居里外斯定律：描述介电常数或磁化率在居里温度以上顺电相或顺磁相的关系。0-=C/（T-Tc），其中0和分别是低频相对电容率和光频相对电容率，C为居里常量，Tc为居里外斯温度。铁电体居里温度的测定：是通过铁电体在Tc附近出现物理性质的反常，如由介电常数、比热容、弹性系数、双折射的突变温度点来确定居里温度。介电常数的测试：直流介电常数的测量电桥法测量低频介电常数谐振电路法测量复介电常数传输线法微波测量BaTiO3自发极化产生的原因：Ti4+O2-间距大（2.005A），故氧八面体间隙大，因而Ti4+离子能在氧八面体中震动。T120 ，Ti4+处在各方几率相同（偏离中心的几率为零），对称性高，顺电相。T120 ，Ti4+由于热涨落，偏离一方，形成偶极矩，按氧八面体三组方向相互传递，偶合，形成自发极化电畴。薄膜的定义、分类、制备方法：薄膜材料，特点，各种简单制备方法：薄膜材料：两个几何单平面向所类的物质，即在二维空间拓展呈很薄的形态。它是一个二维系统，同时，它又是现实中存在的物体，在宏观上，可看作是各向同性和均匀的物质。薄膜的厚度，其尺寸范围从几个纳米到几十微米。1m的膜为薄膜，1m的膜为厚膜。实际中，厚度为几十微米的膜也称为薄膜，生长于基片之上。SAMS是利用固体表面在稀溶液中吸附活性物质而形成的有序分子组织，其基本原理是通过固-液界面间的化学吸附载化学反应，在基片上形成化学键连接的，取向紧密排列的二维有序单层膜。特点：1）薄膜材料属于介观范畴，具有量子尺寸效应；2）薄膜表面积于体积之比很大，表面能级很大，对膜内电子输送影响很大；3）薄膜界面态复杂，力学因素和电学因素交互作用，内应力和量子隧道效应同时存在，对薄膜生长和微结构影响巨大；4）异常结构和非理想化学计量比特性明显；5）可实行多层膜复合如超晶格。量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续编委离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽现象。按功能和应用领域划分：电学、光学、工程、生物医学、装饰包装薄膜。制备方法：物理方法：1）PVD：真空蒸发法：电阻、电子束、高频感应、激光蒸发、电弧蒸发、脉冲激光烧法；分子束外延法特点：优点：较高的沉积速度，相对较高的真空度；薄膜的纯度高。缺点：不适合组分蒸汽压差别比较大的合金薄膜；多元合金的成分控制较困难。溅射法：高能离子在电场作用下高速轰击阴极，经过能量交换与转移，靶材料粒子飞离出来。沉积在基板上形成薄膜。包括：二极、偏压、直流、射频、磁控（高速低温，低损伤，可溅射磁性材料）、双向靶、反应、离子束等溅射法。特点：优：任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸汽压元素和化合物。只要是固体，不论是块状、粒状的物质都可以作为靶材料；溅射膜与基板之间的附着性好；溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高，避免了杂质；膜厚可控性和重复性哈。缺点：溅射设备复杂，需要高压装置；溅射沉积的沉膜速率低；基板温度较高和易受杂质气体影响。化学方法：2）CVD：MOCVD。3）溶液镀膜法：Sol-Gel法；LB法：利用分子表面活性在水-气界面上形成凝结膜，并将该膜逐次转移到固体基板上，形成单层或多层类品薄膜的一种制膜方法。简单，广泛，定向排列，单分子层，设备简单，操作方便。成膜效率低，有机膜使用受限，厚度小，表征困难；阳极氧化法；电沉积法；化学镀膜法；电镀法；水热法；液相自组装法。薄膜：薄膜是生长在基片之上，厚度在亚微米以下，具有电、磁、声、光等一定功能的材料。基片：薄膜的承载体，如Si。衬底：基片与电极、过渡层的总称，如Pt/Ti/Si。1）薄膜是两个几何学平面所夹的物质，即在二维空间拓展，呈很薄的形态；2）薄膜的厚度，其尺寸范围从几个纳米到几十微米。薄膜的定义：(1) 薄膜是两个几何学平面间所夹的物质，即在二维空间扩展，呈很薄的形态 。(2) 薄膜的厚度，其尺寸范围从几个纳米到几十微米。 1m的膜谓之薄膜 1m的膜为厚膜薄膜的形成过程分为四个阶段：临界核的形成；岛的形成、长大与结合；沟道薄膜的形成；连续膜的形成 薄膜形成的理论基础 ：（1）热力学界面能理论（成核和毛细作用理论）；（2）原子聚集理论（统计理论）。两种成核理论比较：两种理论依据的基本概念是相同的，所得到的成核速率计算公式的形式也相同。所不同之处是两者使用的能量不同和所用的模型不同。热力学界面能理论（毛细作用理论）适合于描述大尺寸临界核。因此，对于凝聚自由能较小的材料或者在过饱和度较小的情况下进行沉淀，这种理论是比较适宜的。对于小尺寸临界核，则原子聚集理论模型（统计理论）比较适宜。表面结构：未污染的清洁表面（垂直方向上的弛豫，平行方向上的重构，台阶）不清洁的表面（单层吸附，生成化合物，表面偏析）表面态：在薄膜晶体的表面，晶格电子的势