8第八讲薄膜材料物理第三属薄膜的导电

1、第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电第三章第三章 金属薄膜的导电（续）金属薄膜的导电（续） 第八讲第八讲11111tcr=rfddrpllbdtttb tdt r=flbd 3-53-5外因对连续薄膜电导的影响外因对连续薄膜电导的影响连续薄膜的电阻率温度系数连续薄膜的电阻率温度系数tcrtcrfdlb pssfpfptcr 第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电pf sf 是是基基体体的的热热胀胀系系数数薄薄膜膜的的热热胀胀系系数数36 5 10 5 30 10pf - -1 1- -1 1 温温度度影影响响晶晶格格振振动动进进而而影影响响到到电电子子散散

2、射射 温温度度引引起起应应变变ptcr 电阻的温度系数约等于薄膜电阻率的温度系数：电阻的温度系数约等于薄膜电阻率的温度系数：纯金属纯金属温度对电阻率的影响来自两个方面：温度对电阻率的影响来自两个方面：式中式中是薄膜电阻率的温度系数是薄膜电阻率的温度系数 p 第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电2223351(1)(1) ( )()84128161613 (1).8( )( )kkbkbkkkkeb kekkkkekkkk 由于薄膜中的晶界、杂质和缺陷密度远大于块状材由于薄膜中的晶界、杂质和缺陷密度远大于块状材料，所以薄膜电阻率大于块材的，但薄膜电阻率的温料，所以薄膜电阻率大

3、于块材的，但薄膜电阻率的温度系数却小于块材的。度系数却小于块材的。薄膜（金属）可以用来制造热敏电阻器。薄膜（金属）可以用来制造热敏电阻器。下面求连续薄膜的电阻率温度系数下面求连续薄膜的电阻率温度系数由：由：第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电0()( ) ( )()( )( ) ()11( )( ) ( )bfbbbbbbbbkddddkkkvdtkdtdtkddkkkk ddddkkdtdtkkdtdtdkk dtk ()1111bbffbfbddddddkk dtddtddtdt其中：其中：第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电10fffddddt 2

4、0b2b01111 ( = )bbbbbbbbbddmvnqdtdtnqmv 11 bbddkk dtdt ( ) ()111( )()bbbbkk ddddkdtdtdkdt 因为因为 所以有：所以有：第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电11pdddtdt ( ) ( / ( )1ppbk d kkdk 23( )331 1 ( )( )888 3()(1)33( )8 188bppbkkkkkkkkkddkkdkdkkk 31(1) 8ppbpk 根据电阻率与电导率两者温度系数的关系：根据电阻率与电导率两者温度系数的关系：所以有：所以有：而：而：若薄膜表面为部分漫反射时

5、：则若薄膜表面为部分漫反射时：则第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电可见：可见：dr rdddb bdd dddddd d sdb bv 表面散射使薄膜的电阻率大于块状的，但是，却使表面散射使薄膜的电阻率大于块状的，但是，却使它的电阻率温度系数小于块材的。符合马提生定则：它的电阻率温度系数小于块材的。符合马提生定则：随着金属材料电阻率的增大，其温度系数减小。随着金属材料电阻率的增大，其温度系数减小。设基片受到一纵向拉力，则应变为：设基片受到一纵向拉力，则应变为：横向：横向：2.2.连续薄膜的电阻应变系数连续薄膜的电阻应变系数根据电阻应变系数定义：根据电阻应变系数定义：纵向：

6、纵向：fdlb第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电1()1sffffvddvdv 1()1()1()lfbsbflflbdvedb bvvedd dve 11()1nnslsffdrdvvvv 其厚度应变为：其厚度应变为：薄膜电阻的应变系数：薄膜电阻的应变系数：第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电(1)(12)1()1(1)sfsfsffffvvvdddvddbvvvbdvv 在纵向拉力作用下，薄膜的体积应变为：在纵向拉力作用下，薄膜的体积应变为： 11 121nnnnnsffddddvddvvdvdkv nkdv d 而而式中：式中：为体积压缩率为体积

7、压缩率第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电 12111211nssfslfffvv vvdvdkvv 12 1nnnntnsffddldbddvvdv 若薄膜在垂直电流方向受到一拉力时，若薄膜在垂直电流方向受到一拉力时，电阻应变系数为：电阻应变系数为：所以电阻应变系数与纵向拉力所以电阻应变系数与纵向拉力的关系：的关系：第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电ndd 3nndrdkdd ndd 12122 111ssfsfltsffvv vvvvvv ,ltsv 求求出出基基片片材材料料的的泊泊松松比比假若将假若将定义为电阻的应力系数，定义为电阻的应力系数，式

8、中式中一项通常为负，因为薄膜受力以后，一项通常为负，因为薄膜受力以后，可测可测纵向和横向应变系数之差为：纵向和横向应变系数之差为：则在纵向或横向应力下，均为：则在纵向或横向应力下，均为：晶格振幅变小，电阻率下降。晶格振幅变小，电阻率下降。第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电结论：连续薄膜的电阻应变系数远小于岛状薄膜，结论：连续薄膜的电阻应变系数远小于岛状薄膜， 对精密电阻，电阻应变系数非常重要。对精密电阻，电阻应变系数非常重要。第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电 第四章第四章 薄膜的表面和界面薄膜的表面和界面 在研究薄膜中，表面：固体和气体或真空的分界

9、面在研究薄膜中，表面：固体和气体或真空的分界面 界面界面: : 固体和固体的分界面固体和固体的分界面 几何表面：表面的几何分界面。几何表面：表面的几何分界面。 物理表面：一个电子结构不同于内部的表面区域物理表面：一个电子结构不同于内部的表面区域 由于具体的材料不同，表面区的厚度有很大的差异由于具体的材料不同，表面区的厚度有很大的差异 薄膜的常用厚度为几十到几百薄膜的常用厚度为几十到几百nm.nm. 金属的表面区只有一金属的表面区只有一. .二个原子层；二个原子层； 半导体的表面区，却有几个，甚至几千个原子层；半导体的表面区，却有几个，甚至几千个原子层； 电介质的表面区更厚。电介质的表面区更厚。

10、第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电4.1 4.1 表面双电层的表面势表面双电层的表面势(1)(1)金属表面的双电层和表面势金属表面的双电层和表面势 晶体中原子排列的三维周期性在表面处突然中断，晶体中原子排列的三维周期性在表面处突然中断，表面层中的原子可能发生表面层中的原子可能发生 重新排列重新排列能量能量（表面能）（表面能） 驰驰豫豫： 表表面面向向下下收收缩缩，表表面面层层原原子子与与内内层层原原子子结结构构缺缺陷陷 间间距距比比内内层层原原子子相相互互之之间间有有所所减减小小。重重构构： 在在平平行行表表面面方方向向上上原原子子重重排排。第八讲第八讲 第三章第三章 金

11、属薄膜的导电金属薄膜的导电驰驰豫豫重重构构驰驰豫豫+ +重重构构第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电 金属中自由电子密度很高金属中自由电子密度很高屏蔽屏蔽金属表面处的电势金属表面处的电势分布近于一个单原子层如图。分布近于一个单原子层如图。 （电子的逸出功下降）电子的逸出功下降）钨表面吸附氧原子，表面电势升高钨表面吸附氧原子，表面电势升高钨表面吸附铯原子，表面电势降低钨表面吸附铯原子，表面电势降低光电阴极材料光电阴极材料 表面原子位能高，表面活性较大，易吸收外来原子，表面原子位能高，表面活性较大，易吸收外来原子，从而改变表面势能从而改变表面势能. .影响电子的逸出功影响电子的

12、逸出功 . .第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电 悬悬挂挂键键陷陷阱阱实实际际半半导导体体表表面面 结结构构缺缺陷陷 如如驰驰豫豫，重重构构杂杂质质扰扰动动了了半半导导体体的的正正常常共共价价键键形形成成表表面面态态 硅晶格在表面处突然终止，表面处硅原子有一个硅晶格在表面处突然终止，表面处硅原子有一个未成键的电子未成键的电子,即有一个未被饱和的建即有一个未被饱和的建称为悬挂键称为悬挂键 电子在悬挂键上的能态电子在悬挂键上的能态表面态，处在禁带中，表面态，处在禁带中，起电子陷阱作用起电子陷阱作用.(2)(2)半导体表面的双电层和表面势半导体表面的双电层和表面势 体内电子被表面态捕获而在体内产生空穴，而体内电子被表面态捕获而在体内产生空穴，而表面原子得到一个稳定的八电子壳层带有负电荷，表面原子得到一个稳定的八电子壳层带有负电荷，它与体内空穴形成双电层它与体内空穴形成双电层.第八讲第八讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电若表面态能级在导带底附近若表面态能级在导带底附近施主型施主型若表面态能级在价带顶附近若表面态能级在价带顶附近受主型受主型 表面态使表面层带有过剩电荷，因而在表面层下表面态使表面层带有过剩电荷，因而在表面层下产生异种电