华南理工大学846电介质物理学考研真题整理版

1、846 华南理工大学 2012 年攻读硕士学位研究生入学考试试卷 （请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回） 科目名称：电介质物理学 适用专业：材料学；微电子学与固体电子学 本卷满分：150 分 共 3 页 第 1 页 一、 填充题（50分） 1. 填写下列定义和概念（40分，每空2分） （1）电导率不为零的介质电容器，在恒定电场作用下，电流由三部分组成：电容电流（无功电流）极化电流传导电流；其中，极化电流是介质在交变电压作用下引起介质损耗的重要来源。（2）当外电场频率足够高，偶极子转向将完全跟不上电场周期变化时，电介质的极化以电子位移极化离子位移极化为主；与热运动有关

2、的极化形式偶极子转向极化热离子松弛极化；空间电荷极化主要出现在不均匀电介质中。（3）依照导电载流子种类的不同，电介质的电导可以分成以下几种形式：离子电导；电子电导；电泳电导。固体电介质中，在强电场下以电子电导为主，在弱电场下以离子电导为主，电泳电导出现在液体电介质中。 （4）铁电体的极化强度随外施电场E而变化的性质可用电滞回线来表示，它也是判断晶体是否具有铁电性的依据；当交变电场变化一周时，铁电体所消耗的能量可用电滞回线包围的面积来表示。铁电材料只有在某一温度范围内具有铁电性，高于居里温度时为顺电相，低于居里温度时为铁电相。判断材料有无铁电性的依据是能否观察到电滞回线。2. 写出下列参数的定义

3、式（10分，每空2分） 电位移与电场强度之间的表达式为： 假设单位体积电介质内导电载流子的数目为，每个载流子所带电荷为，载流子沿电场方向漂移的平均速度为，则单位时间内通过垂直于电场方向、面积为平面的电荷，即电流强度可表示为：。 当介质中只有一种松弛极化时，加上电场，松弛极化强度与时间的关系可近似地表示为： 在离子晶体中，考虑本征电导和弱系离子电导时，电导率随温度变化的关系式可以写成：。 气体电介质自持放电的条件为：。二、 简答题（75分） 1. 有效电场、平均宏观场强指的是什么? 洛伦兹有效电场由哪几部分组成的? 对于非极性气体电介质，写出洛伦兹有效电场具体的数学表示式。（12分） 有效电场指

4、作用在某一极化粒子上的局部电场，它应为极板上的自由电荷以及除这一被考察的极化粒子以外其他所有粒子形成的偶极矩在该点产生的电场。平均宏观场强指极板上自由电荷以及电介质中所有极化粒子形成的偶极矩共同的作用场强。对于非极性气体电介质，写出洛伦兹有效电场具体的数学表示式为2. 什么是电介质的极化? 试说明电介质极化的种类及其机理。（15分） 在外电场作用下，电介质的内部沿电场方向感应偶极矩，在电介质表面出现极化电荷的现象称为电介质的极化。电介质极化主要有5种：电子位移极化；其机理是在外加电场作用下，电子云相对于原子核逆电场方向移动，电子云重心与原子核重心分离形成感应偶极矩。离子位移极化；其机理是外加电

5、场作用下，正、负离子沿相反方向移动，对形成的偶极矩不再互相抵消，极化强度不为零而呈现宏观电矩。偶极子转向极化；其机理是极性分子受到电场的作用时，每个偶极子都将受到电场力矩的作用，使它们转向与外电场平行的方向，当偶极矩与电场的方向相同时，偶极矩的位能最小，就电介质整体而言，电矩不再为零而出现与外电场同向的宏观电矩。热离子松弛极化；其机理是由于电介质中存在某些弱联系的带电质点；这些带点质点在电场作用下定向迁移，使局部离子过剩。结果在电解质内部建立起电荷的不均匀分布，形成电矩。当极化完成时间较长、外加电场的频率比较高时，极化方向往往滞后于外电场的变化，这种现象称为“松弛”，这种极化形式称为热离子松弛

6、极化。空间电荷极化；机理是电介质中的自由电荷载流子（正、负离子或电子）可以在缺陷和不同介质的界面积聚，形成空间电荷的局部积累，使电介质中的电荷分布不均，形成宏观电矩。3. 什么是德拜函数，请作出德拜函数图。（12分） 德拜函数为、函数图参照P129的图2-154. 请用气体介质的碰撞电离理论解释固体介质中的电击穿，并给出固体电介质发生电击穿的判断依据。（10分） 固体电介质的电击穿理论是建立在气体电介质的碰撞电离理论上的。所以，可以用气体中发生电子碰撞游离来推断固体电介质的击穿场强。固体介质发生电击穿的判断依据是电子从电场获得的能量速率大于电子与晶格碰撞消耗的能量速率。5. 固体电介质的体积电

7、导和表面电导有何区别？影响电介质表面电导的因素有哪些，请举例。（11分） 电介质的体积电导是电介质的一个物理特性参数，主要取决于电介质本身的组成、结构、杂质含量及电介质所处的工作条件（如温度、气压、辐射等）。这种体积电导电流流经整个电介质。电介质的表面电导不仅与电介质本身的性质有关，而且还与周围的环境温度、湿度、表面结构以及形状、表面沾污等情况密切相关。P172影响电介质表面电导的因素：空气湿度电介质表面的分子结构电介质表面的状况6. 请说明压电晶体、热释电晶体和铁电晶体之间的关系。画出铁电体极化强度P与电场强度E之间的曲线关系，标出相关重要参数以及其位置。（15分） 三、 综合题（25分）

8、1. 已知聚苯乙烯相对分子质量M=104，密度=1.041.06 g/cmn562)HC(CHCH3，线膨胀系数L=110-4 /oC，光折射率n=1.51.6，相对介电系数=2.52.6， 求聚苯乙烯的电子位移极化率。（10分） 2. 一平行板真空电容器，极板上的电荷面密度=210-6 C/m2 。现充以r =12的介质，若极板上的自由电荷保持不变，计算真空和介质中的E、P、D各为多少? 束缚电荷产生的场强是多少? （15分）846 华南理工大学 2011 年攻读硕士学位研究生入学考试试卷 （请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回） 科目名称：电介质物理学 适用专业：

9、材料学，微电子学与固体电子学 本卷满分：150 分 共 2 页 第 1 页 一、 填充题：（50分） 1、 填空（32分，每空2分） （1）在外电场作用下，电介质内部沿电场方向将产生感应偶极矩，在电介质表面出现极化电荷，这种现象称为电介质的极化。电介质极化后，电介质表面的极化电荷将削弱极板上的自由电荷所形成的电场，这种由极化电荷产生的场强被称为退极化电场。 （2）空间电荷极化是不均匀电介质在电场作用下的一种主要的极化形式。极化的起因是电介质中的自由电荷载流子（正、负离子或电子）可以在缺陷和不同介质的界面上积聚，形成空间电荷的局部积累，使电介质中的电荷分布不均匀，产生宏观电矩。 （3）谐振损耗来

10、源于原子、离子、电子在振动或转动时所产生的共振效应，这种效应发生在红外到紫外的光频范围。电磁波在介质中传播的相速度及介质的折射率依赖于频率，折射率随频率的变化形成色散现象。 （4）电子未能将能带填满，或能带完全空着没有电子，这种能带称为导带（空带）。在一个能带与另一个能带之间范围是不允许电子存在的，这样的能带就称为禁带。 （5）离子晶体本征电导的载流子浓度与晶体结构的紧密程度和离子半径的大小有关。结构紧密的晶体，主要形成肖特基缺陷，而结构松散的晶体，特别是当其中一种离子的尺寸较小时，主要形成弗伦克尔缺陷。 （6）铁电体的自发极化在外电场作用下反转时，电畴的结构会发生很大的变化，称为畴的极化反转

11、过程。钛酸钡中极化反转分两步进行，首先是新畴的成核，然后是核的向前线性生长。 2、 写出下列参数的定义或表达式：（18分，每空3分） （1）克劳休斯莫索缔方程的表达式：（2）热离子松弛极化的定义：由于电介质中存在某些弱联系的带电质点，在电场作用下作定向移动而产生的极化，称为热离子松弛极化。 （3）居里外斯定律的表达式：（4）Cole-Cole 圆的方程式：（5）电晕的定义：在不均匀电场中，当器件中某一区域的电压达到起始游离电压值，在这一区域出现淡紫色的辉光，称为电晕。（6）电畴的定义：铁电体的自发极化并非整个晶体同方向，而是包含有各个不同方向的自发极化小区域。在每一个小区域内，极化均匀、方向相

12、同，存在一固有电矩，这个小区域称为电畴。二、简答题：（75 分） 1、氯化钠型离子晶体在电场作用下将发生电子、离子位移极化。试解释温度对氯化钠型离子晶体介电常数的影响。(10 分) 求温度对介电系数的影响，可利用，对温度求导得出：由上式可知，由于电介质的密度减小，使得电子位移极化率及离子位移极化率所贡献的极化强度都减小，第一项为负值；但温度升高又使离子晶体的弹性联系减弱，离子位移极化加强，即第二项为正值；然而第二项又与第一项相差不多。所以氯化钠型离子晶体的介电系数是随温度的上升而增加，只是增加得非常慢。2、为什么在工程技术中表征电介质的介质损耗时不用损耗功率，而用损耗角正切? 为何在实际测量中

13、得到的关系曲线中往往没有峰值出现? (12 分) 损耗功率，而用损耗正切角相比，可以直接用仪表测量。如果介质中电导损耗比较大，松弛极化损耗相对来说比较小，以致松弛极化的特征可能被电导损耗的特性所掩盖。随着电导损耗的增加，的频率、温度特性曲线中的峰值将变得平缓，甚至看不到峰值的出现。图p122的图2-12（a）3、考虑本征电导和弱系离子电导时，写出离子晶体的电导率随温度变化关系式， 并绘出曲线；当杂质含量增加时，曲线该如何变化? (13 分) 考虑本征电导和弱系离子电导时，离子晶体的电导率随温度变化关系式是：第一项表示本征离子电导，第二项表示弱系离子电导低温时以弱系离子电导为主高温时以本征离子电

14、导为主，图在p166杂质含量越大，转折点温度越高。4、非自持放电和自持放电的主要区别是什么? 自持放电的条件及物理意义是什么? (15 分) 气体电介质的击穿，一半又称为气体电介质的放电。在电场强度达到点之前，虽然已经发生了碰撞电离，但此时若将外界电离因素取消，气体的放电将逐渐减弱，直到最后停止，这种放电称为非自持放电。而在点之后，即使将外界电离因素去掉，放电仍能继续维持的，称为自持放电，实际上也就达到了气体电介质的击穿。是气体电介质自持放电的条件，物理意义：除去外界电离因素，由于还存在着正离子撞击阴极时释放出来的电子，这电子恰好代替了在外界电离因素作用下由阴极出发的那一个电子。因此，即使取消

15、了外界电离因素的作用，而放电强度依然维持不变。5、什么是固体电介质在空气中的沿面放电? 有何特点? 如何提高器件的沿面放电电压? (15 分) 固体电介质表面电场不均匀（由于表面不均匀）导致局部表面空气被击穿，称为沿面放电。沿面放电的特点：沿面放电电压低于气体的放电电压。沿面放电电压与固体电介质的表面状态有关，如吸潮、污染等。交流电压下的沿面放电电压比直流下的低。沿面放电电压与电极的布置、形状有关。为了防止器件沿面放电，固体电介质表面的清洁、干燥十分重要，对特殊结构的器件，有采用灌封以保证电极清洁不吸潮的方法。为了提高器件的沿面放电电压，还必须改变电极形状，使它圆滑，消除电场的集中，如用半球圆

16、槽围边、加厚电介质的边沿、延长放电距离等，这一类方法在电子陶瓷高压器件中得到了广泛应用。6、为什么四方钛酸钡晶体中只有反平行的180度畴和互相垂直的90度畴? (10 分) 由于晶体中热运动的能量特别低的钛离子是随机地产生的，同一晶体中会出现几个电畴形成的中心，所以，晶体从高温冷却通过居里点时，通常都将形成多畴结构。并且，由于氧八面体中的6个氧离子位于互相垂直的三个轴上，钛离子的自发位移方向只能是反平行的和互相垂直的。因此四角钛酸钡晶体中只有反平行的180度畴和互相垂直的90度畴。三、综合题：（25 分） 在室温25度下，有一圆片介质电容器直径为，厚度为，其静态电容为，直流电导率为，折射率为1

17、.6，单一松弛时间常数为。计算：电介质的静态介电常数；下的介电常数，介电损耗；复介电常数方程。（25分）（，玻尔兹曼常数，电荷电量）电介质的静态介电常数下的介电常数846 华南理工大学 2010 年攻读硕士学位研究生入学考试试卷 （请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回） 科目名称：电介质物理学 适用专业：材料学，微电子学与固体电子学 共 2 页 第 1 页 一、 填充题：（50分） 1. 填写下列定义和概念：（40分，每空2分） 根据汤姆逊理论，提高气体电介质的击穿电压有两个途径：利用高气压或者高真空；应用高抗电强度的气体。 要提高电介质的介电系数，可以从三个方面着手

18、：提高单位体积内极化粒子数N；选取极化率大的粒子组成电介质；增强作用于极化粒子的有效电场Ee。 根据电介质的物理结构，电介质的极化形式主要包括：电子位移极化；离子位移极化；偶极子转向极化；热离子松弛极化；空间电荷极化。 依照导电载流子种类的不同，电介质的电导可以分成以下几种形式：离子电导；电子电导；电泳电导。在固体电介质中，在强电场下以电子电导为主，在弱电场下以离子电导为主。 铁电体的自发极化并非整个晶体同方向，而是包含有各个不同方向的自发极化小区域。在每一个小区域内，极化均匀、方向相同，存在一固有电矩，这个小区域称为电畴，分隔相邻区域的界面称为畴壁。铁电材料只有在某一温度范围内具有铁电性，高

19、于居里温度时为顺电相，低于居里温度时为铁电相。判断材料有无铁电性的依据是能否观察到电滞回线。2. 写出下列参数的定义式：（10分，每空2分） 极化强度与电场强度之间的表达式为：。 损耗角正切由下式定义：。 居里外斯定律可表示为：。 在离子晶体中，考虑本征电导和弱系离子电导时，电导率随温度变化的关系式可以写成：。 气体电介质自持放电的条件为：。二、简答题：（75分） 1. 什么是瞬间极化、缓慢式极化？它们所对应的微观机制各代表什么？（10分） 在远低于光频的频率范围，电子位移极化和离子位移极化所建立的时间可以忽略不计，通常把它们称作快极化或瞬间极化。而热离子极化、偶极子转向极化等，极化建立所需的

20、时间相对来说比较长，这一类极化称作缓慢式极化或松弛极化。电子、离子的位移极化的极化完成的时间非常短，在秒的范围内，当外电场的频率在光频范围内时，极化能跟得上外电场交变频率的变化，不会产生极化损耗；而松弛极化的完成所需时间比较长，当外电场的频率比较高时，极化将跟不上交变电场的频率变化，产生极化滞后的现象，出现松弛极化损耗。2. 具有松弛极化的电介质，加上电场以后，松弛极化强度与时间的关系式如何描述?宏观上表征出来的是一个什么电流?（12分） 加上电场以后，松弛极化强度与时间的关系式宏观上表征出来的是极化电流，只是在加上电压时才存在的，并且是时间的函数，随时间的增加逐渐衰减最后降低至零。3. 不均

21、匀电场中的放电现象如何？与均匀电场中的放电有何区别？（13分） 在不均匀电场中（实际上器件中电场分布大多数都是这种情况），当器件中某一区域的电压达到起始游离电压值时，首先在这一区域出现淡紫色的辉光电晕，形成一稳态的区域放电；电压进一步提高，电晕变成刷形放电，形成几道明亮的光束，呈现出来的是树枝状的火花放电，但这时放电还未到达对面电极，只是光束的位置不断地改变；电压再提高，树枝状的火花闪电般地到达对面电极，形成贯穿电极间的飞弧，这样就导致了电介质最后被击穿。与均匀电场的放电的区别：在不均匀电场中气体电介质的击穿电压比起始游离电压高许多。在均匀电场中，电晕、刷形放电、飞弧几乎同时发生，所以一出现电

22、晕，气体电介质很快就被击穿了。在不均匀电场中，当极间距离很小时，放电的最后两个阶段也分辨不出来，只是在大距离的情况下才能区别开来。4. 在针尖对平板的不均匀电场中，气体介质击穿时，正针极时的击穿电压与负针极时的击穿电压哪个高？为什么？（12分） 负针极比正针极的击穿电压高。当针尖为正时，正的空间电荷削弱了针尖附近的电场，加强了正空间电荷到极板之间的弱电场。这种情况相当于高电场区从针尖移向板极，像是正电极向负电极延伸了一段距离，因此击穿电压比针尖为负时低。当针尖为负时，正空间电荷包围了针电极，加强了针尖附近的电场，而削弱了正空间电荷到极板之间的电场，使极板附近原来就比较弱的电场更加减弱了，像是增

23、加了针尖的曲率半径，电极板间的距离虽然缩短了一些，但电场却均匀了，因此负针-板电极的击穿电压高于正针-板的击穿电压。5. 请说明压电晶体、热释电晶体和铁电晶体之间的关系，并给出铁电晶体具有的显著特征（五个以上）。（13分） 6. 试画出以下物质在交流电场作用下的P-E回线示意图：导体、线性无损耗介质、线性有损耗介质、非线性无损耗介质、铁电体（标出其相关重要参数）。（15分） 三、综合题：（25分） 已知一种介质材料的静态介电常数s = 25，折射率n = 2，活化能U = 0.5eV；当温度T = 27时，松弛极化时间常数 = 310-2s。分别求出（玻尔兹曼常数k=1.3810-23，电荷电

24、量e=1.610-19）： (1) 27下，和 对应的极值频率值（5分）。max (2) 127下，对应的极值频率值（5分）。 (3) 27、极值频率下 、tg和、 、 值（8分）。max (4) 127、1000Hz下的、 、tg值（7分）。 846 华南理工大学 2009 年攻读硕士学位研究生入学考试试卷 （请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回） 科目名称：电介质物理学 适用专业：微电子学与固体电子学 共 2 页 第 1 页 一、 填充题：（50分） 1. 填写下列定义和概念：（40分，每空2分） 电介质损耗包括电导损耗、松弛极化损耗、谐振损耗（色散与吸收）。 要

25、提高电介质的介电系数，可以从三个方面着手：提高单位体积内极化粒子数n0；选取极化率大的粒子组成电介质；增强作用于极化粒子的有效电场Ee。 气体常见的几种放电形式有：电晕放电、电弧放电、火花放电、辉光放电。 固体电介质的离子电导包括和电子电导，在高温以离子电导为主，在低温以电子电导为主。 根据电介质的绝缘性能破坏的原因，电介质的击穿形式有热击穿、电击穿、电化学击穿。 铁电体的自发极化并非整个晶体同方向，而是包含有各个不同方向的自发极化小区域。在每一个小区域内，极化均匀、方向相同，存在一固有电矩，这个小区域称为电畴，分隔相邻区域的界面称为畴壁。 根据碰撞电离理论，固体电介质发生电击穿的判断依据是电

26、子从电场获得的能量速率大于电子与晶格碰撞消耗的能量速率。 2. 写出下列参数的定义式：（10分，每空2分） 损耗角正切由下式定义：。 气体电介质自持放电的条件为：。 松弛时间。 在离子晶体中，考虑本征电导和弱系离子电导时，电导率随温度变化的关系式可以写成：。 居里外斯定律可表示为：。 二、 问答题：（75分） 1 适合洛伦兹有效电场时，电介质的介电系数和极化率有什么关系？写出其温度系数的关系式。（10分) 电介质的介电系数和极化率关系满足克劳修斯方程其介电系数的温度系数的关系式：2 什么叫电子位移极化？（4分）试比较 ， ，离子的电子位移极化率大小？（4分）怎样获得介电系数大的电介质？（4分）

27、 在外电场作用下，电子云相对于原子核逆电场方向移动，电子云重心与原子核重心分离形成感应偶极矩。这种极化称为电子位移极化。离子的电子位移极化率随着离子半径及价电子数的增加而增加。要提高电介质的介电系数，可以从三个方面着手：提高单位体积内极化粒子数N；选取极化率大的粒子组成电介质；增强作用于极化粒子的有效电场Ee。3. 根据德拜理论，在温度为已知函数的情况下，、tan与频率的关系如何？且作图。(10) P131的图2-164 什么是固体电介质在空气中的沿面放电？固体电介质在空气中的沿面放电有何特点和危害？如何防止高压、大功率的电子陶瓷器件在空气中的沿面放电？(13分) 固体电介质表面电场不均匀（由

28、于表面不均匀）导致局部表面空气被击穿，称为沿面放电。沿面放电的特点：沿面放电电压低于气体的放电电压。沿面放电电压与固体电介质的表面状态有关，如吸潮、污染等。交流电压下的沿面放电电压比直流下的低。沿面放电电压与电极的布置、形状有关。沿面放电的危害：导致器件表面产生火花，之后不能正常使用为了防止器件沿面放电，固体电介质表面的清洁、干燥十分重要，对特殊结构的器件，有采用灌封以保证电极清洁不吸潮的方法。为了提高器件的沿面放电电压，还必须改变电极形状，使它圆滑，消除电场的集中，如用半球圆槽围边、加厚电介质的边沿、延长放电距离等，这一类方法在电子陶瓷高压器件中得到了广泛应用。5 试用能带理论解释金属、半导

29、体、绝缘体的导电性质。固体电介质中产生导电电子的机构有哪些？ (10) 上图a表示电子全部充满到某个能带，而其上面的能带则完全空着，没有电子。填满电子的能带称为满带，完全没有电子的能带称为空带，具有这种能带结构的固体通常称为绝缘体。上图b表示满带上面的能带不是全部空着而是有一部分能级被电子填充，这样的固体称为导体。图c所示的能带结构的固体也称为导体，因为这时能带结构中最上面的能带和其上面的空带部分重叠，没有禁带，当加上电场时，满带上部的电子便可向重叠的空带移动从而产生电流。有些固体在纯净的状态下是半导体，它们能带结构与绝缘体相同，不过禁带的宽度较窄，如图d所示，因而在满带中的部分电子，在某一温

30、度下，受热运动的影响，能够被激发而越过禁带，进入到上面的空带中去而成为自由电子，产生导电性。固体电介质中产生电子电导的三种机构：（1）本征激发：从价带跃迁到导带，随温度呈指数增长关系，一般电介质在常温下其电导率可忽略（2）隧道效应：当电场较强时，电子则可能通过隧道效应穿过势垒后到达导带或阳极而形成电子电导。包括的隧道效应有：阴极导带，电介质价带阳极，电介质价带导带，杂质能级导带。强电场作用下比较明显。（3）杂质电离：实际电子电导的主流6 具有自发极化的铁电晶体，其极化强度P与电场强度E之间呈非线性关系，构成电滞回线，画出电滞回线图；标出相关重要参数以及其位置。(10分) 7什么是电畴？请描述中

31、电畴的极化反转过程，以及其主要特点。（10分） 铁电体中自发极化并非整个晶体同方向，而是包含有各个不同方向的自发极化小区域。在每一个小区域内，极化均匀、方向相同，存在一固有电矩，这个小区域称为电畴。钛酸钡中极化反转分两步进行，首先是新畴的成核，然后是核的向前线性生长。如果沿钛酸钡晶体的自发极化轴加上电场，实验证明，与电场方向一致的180电畴并不是通过其畴壁的侧向移动，牺牲反向畴为代价进行扩张，而是在电畴内部沿着试样的边缘，在靠近电极处生长出许多极化方向与外电场方向一致的尖劈状新畴。新畴成核以后，便在电场作用下向前推进，穿透整个试样。电场增强时，新畴不断出现，不断向前发展并波及整个反向畴，最终这

32、种反向电畴变成与外电场方向一致，并与相邻的同向畴合并为一个体积更大的同向轴。其主要特点：相邻电畴的自发极化方向反平行三、 综合题：（25分） 1已知聚苯乙烯的相对介电常数r2.5，线膨胀系数l=10-4/C，求金属化聚苯乙烯薄膜电容器的电容温度系数。（13分） 2 已知直径为10mm、厚度为1mm的介质电容器，其电容为2000pf，损耗角正切为0.02。试计算： 电介质的相对介电系数；（2分） 损耗因子tan；（2分） 在交变电场的频率为50Hz、50MHz时的交流电导；（4分） 外加10V、1KHz正弦电压时的泄漏电流。（4分） 846 华南理工大学 2008 年攻读硕士学位研究生入学考试试

33、卷 （请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回） 科目名称：电介质物理学 适用专业：微电子学与固体电子学 共 3 页 第 1 页 一、 填充题：（50分） 1. 填写下列定义和概念：（30分，每空2分） 电介质在外电场的作用下，将一部分电能转变成热能的物理过程，称为电介质的损耗。 若两平行板之间充满均匀的电介质，在外电场作用下，电介质的内部将感应出偶极矩，与外电场垂直的电介质表面上出现与极板上电荷反号的极化电荷，这种现象称为电介质的极化。电介质极化后，电介质表面的极化电荷将削弱极板上的自由电荷所形成的电场，这种由极化电荷产生的场强被称为退极化电场。 在离子晶体中，除存在电

34、子位移极化以外，在电场作用下，还会发生正、负离子沿相反方向位移形成离子位移极化。 空间电荷极化是不均匀电介质在电场作用下的一种主要的极化形式。极化的起因是电介质中的自由电荷载流子可以在缺陷和不同介质的界面上积聚，形成空间电荷的局部积累，使电介质中的电荷分布不均匀，产生宏观电矩。 热离子松弛极化是由于电介质中某些弱联系的带电质点在电场作用下作定向迁移，使局部离子过剩，结果在电介质内部建立起电荷的不对称分布，形成电矩。 依照导电载流子种类的不同，电介质的电导可以分成以下几种形式：离子电导；电子电导；电泳电导。在固体电介质中，在强电场下以电子电导为主，在弱电场下以离子电导为主；电泳电导出现在液体电介

35、质中。 根据碰撞电离理论，固体电介质发生电击穿的判断依据是电子从电场获得的能量速率大于电子与晶格碰撞消耗的能量速率。 2. 写出下列参数的定义式：（20分，每空2分） 库仑定律用公式可表示为：。 电位移D与电场强度E之间的表达式为：。 假设单位体积电介质内导电载流子的数目为，每个载流子所带电荷为，载流子沿电场方向漂移的平均速度为，则载流子的迁移率为：。 气体电介质自持放电的条件为：。 居里外斯定律可表示为：。 松弛时间。 当介质中只有一种松弛极化时，松弛极化强度与时间的关系可近似地表示为： 。 洛伦兹洛伦斯方程为：。 在离子晶体中，考虑本征电导和弱系离子电导时，电导率随温度变化的关系式可以写成

36、：。 损耗角正切由下式定义： 。 二、 问答题：（75分） 1. 什么叫电介质的极化？电介质极化有几种形式？哪些是瞬间极化，哪些是缓慢式极化？(10分) 若两平行板之间充满均匀的电介质，在外电场作用下，电介质的内部将感应出偶极矩，与外电场垂直的电介质表面上出现与极板上电荷反号的极化电荷，这种现象称为电介质的极化。电介质极化的5种形式：电子位移极化、离子位移极化、偶极子转向极化、热离子松弛极化、空间电荷极化。在远低于光频的频率范围，电子位移极化和离子位移极化所建立的时间可以忽略不计，通常把它们称作快极化或瞬间极化。而热离子极化、偶极子转向极化等，极化建立所需的时间相对来说比较长，这一类极化称作缓慢式极化或松弛极化。2. 什么叫空间电荷极化，它的起因是什么？给出双层介质中不