薄膜材料物理-金属薄膜的导电课件

1、第七讲第七讲 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） 第七讲第七讲3/22212()3mENh /()3 21 23238224mmdNEdEv dvhh 212Emv()()3322xyzxyzmdNdv dv dvdp dp dphh3.4.2 金属中的电流密度金属中的电流密度固体物理知固体物理知, ,金属单位体积中的状态数为：金属单位体积中的状态数为：由此知能量间隔由此知能量间隔dE,dE,或者处在能量间隔中的状态数为：或者处在能量间隔中的状态数为：或写成：或写成：第七讲第七讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电32()x

2、xxyzmv qfdNqv fdv dv dvh 32()xxxyzmJqfv dv dv dvh 可见：可见：2/n2/n3 3是相空间中单位体积的态数是相空间中单位体积的态数所以，在单位体积内在所以，在单位体积内在v vx xvvx x+dv+dvx x,v,vy yvvy y+dv+dvy y,v,vz zvvz z+dv+dvz z内的电子数为：内的电子数为：fdNfdN因此，所有电子在因此，所有电子在x x方向上所形成的电流密度为：方向上所形成的电流密度为：在平衡状态下，分布函数在平衡状态下，分布函数f=ff=f0 0费米费米狄拉克分布狄拉克分布. .J Jx x=0=0即：即：这些

3、电子在这些电子在x x方向上所形成的电流密度为：方向上所形成的电流密度为：302 ()0 xxxyzmJqv f dv dv dvh 第七讲第七讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电在非平衡状态下（有外力作用）用分布函数在非平衡状态下（有外力作用）用分布函数f=ff=f0 0+f+f1 1取代取代f f0 0, ,即可：即可：30131233210002 ()()2 ()2 ()sincosxxxyzxxyzvmJqvffdv dv dvhmqv f dv dv dvhmqf vdvd dh 3002()xyzmndnff dv dv dvh 在金属单位体积中的总电子数为：在金属单位体

4、积中的总电子数为：( (直角坐标直角坐标) )（球坐标）（球坐标）第七讲第七讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电3023200022()2()sin8()3FFvxyzvvFmnf dv dv dvhmvdvd dhmvh 若若T=0K,vvT=0K,vvF F( (费米速度费米速度) f) f0 0=0=0（在室温下，仍具有代表性）（在室温下，仍具有代表性） (直角坐标直角坐标)（球坐标）（球坐标）第七讲第七讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电 若沿若沿x x方向加一电场方向加一电场F,F,则薄膜内的电子将获得则薄膜内的电子将获得x x方向方向的净漂移速度的净漂移速度.

5、.3.4.3 连续薄膜的电导理论连续薄膜的电导理论( (无规热运动无规热运动+ +有规场速速度有规场速速度) )电子在两次碰撞之间，经过一个距离电子在两次碰撞之间，经过一个距离平均自由程平均自由程xx1k1的情况下：的情况下：31;8bk 3 813 8bbkk bbb 厚度很厚的厚度很厚的薄膜的数值薄膜的数值第七讲第七讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电3.4.4 对连续薄膜电导的讨论对连续薄膜电导的讨论 薄膜特点：表面效应，晶粒较小，晶界较多，薄膜特点：表面效应，晶粒较小，晶界较多，杂质多，缺陷多杂质多，缺陷多 b b，b b，b b应该是厚度很大的薄膜的数值。应该是厚度很大的薄

6、膜的数值。 1313818bkk dkb bdk 可可见见薄薄膜膜的的电电阻阻率率越越大大于于块块状状材材料料当薄膜的两个表面（或者一个表面和一个界面）当薄膜的两个表面（或者一个表面和一个界面）相同时。对于全市漫反射的情况，在相同时。对于全市漫反射的情况，在k1k1的条件下，的条件下，有：有：而而第七讲第七讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电31(1)8pk b b（实际上（实际上k0.1k0.1，上述结论也能给出满意的结果），上述结论也能给出满意的结果） 而而k0.1k1k1有：有：第七讲第七讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电当表面光滑程度达到传导电子的波长（约当表面光

7、滑程度达到传导电子的波长（约0.5nm0.5nm）数量级以后，漫反射才显著减少例如数量级以后，漫反射才显著减少例如: :衬底用：在超高真空中就劈裂的云母片衬底用：在超高真空中就劈裂的云母片 在基片上先沉积一层在基片上先沉积一层BiBi2 2O O3 3薄膜薄膜对于薄膜两个表面的反射情况不同对于薄膜两个表面的反射情况不同 p qzozd 参参数数参参数数31 b b（2 2- -p p- -q q）1 16 6k k（z=o.p参数；参数；z=d,q参数）参数）在在k1k1时，有：时，有：第七讲第七讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电然而，对于部分漫反射情况占多数，其薄膜电阻率为：然而

8、，对于部分漫反射情况占多数，其薄膜电阻率为：31(1)8bpk kdb 021,bbmvnq 308()3mvnh 而块状材料的电阻率为：而块状材料的电阻率为：332231311() 1(1)()8()838()bFbFbshhpmv qdmv q 所以有：所以有：第七讲第七讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电83(1)sdp 为表面散射电子的平均自由程，其值为为表面散射电子的平均自由程，其值为马提生定则：块状材料的电阻率等于声子，杂质，马提生定则：块状材料的电阻率等于声子，杂质，缺陷（位错，空位，填隙，应变）缺陷（位错，空位，填隙，应变）和晶界所引起的电阻率之和，所以有：和晶界所引起的电阻率之和，所以有： 式中式中s 3231111( )8 () bFpmfihmv q 声声子子 杂杂质质 缺缺陷陷 晶晶界界第七讲第七讲 第三章第三章 金属薄膜的导电金属薄膜的导电所以，金属薄膜（连续）的电阻率为：所以，金属薄膜（连续）的电阻率为：32311111()8() = bFpmfispmfishmv q 声声子子 杂杂质质 缺缺陷陷 晶晶界界 表表面面散散射射 if 晶晶界界缺缺陷陷（ 退退火火晶晶粒粒长长大大，晶晶界界减减小小）退退火火