电子材料1第一讲概论、导电材料

1、本课程为本专业高年级专业课，它紧密地把基础理论与生产实本课程为本专业高年级专业课，它紧密地把基础理论与生产实践溶于一体。学生学习本课程后，更深入掌握固体物理、电介践溶于一体。学生学习本课程后，更深入掌握固体物理、电介质物理、磁性物理的基础知识，具备从事电子材料生产、研究、质物理、磁性物理的基础知识，具备从事电子材料生产、研究、应用和开发的基本能力。电子材料的重点是阐明各类电子材料应用和开发的基本能力。电子材料的重点是阐明各类电子材料晶体结构、电磁特性及影响因素、基本工艺，为研制电子材料晶体结构、电磁特性及影响因素、基本工艺，为研制电子材料奠定理论与实践奠定理论与实践. . 式中，R为导体的电阻

2、，L为导体的长度，A为横截面面积，为材料的电阻率。单位为m（或cm），指1 m3（或1 cm3）材料的电阻，仅与导电材料有关。ALR/(2-1)/1材料电阻率的倒数为电导率：(2-2)欧姆定律：（2）电阻温度系数)(1111TTRRTTT式中，RT1为在基准温度T1的电阻，T1为在基准温度T1的电阻温度系数。(2-3)自由电子 在无外加电场时，自由电子在金属阳离子之间不停地无规则运动，各向同性。施加外电场 E 后，电子除本身的热运动外，沿电场反方向做定向运动。如果每单位体积中有n个电子，它们以速度VE平行于导体运动，电流密度则为：EnqVj （2-4）电子在两次碰撞之间的平均时间称为弛豫时间，

3、用表示，电子的加速度为: a = qE/me（2-5）则eEmqEV（2-6）代入（2-4）得Emnqje2（2-7）则emnq2（2-8）由电子平均热运动速度v和平均自由程可得弛豫时间为：v（2-9）于是vmnqe21（2-10） 根据经典电子理论可以解释金属导电的很多问题，但还有许多问题不能解决，比如电导率的数值及其对温度的依赖关系不能得出正确的结果。FFefvmqne*2（2-11）式中 nef 表示单位体积内实际参加传导过程的电子数，me* 称为电子的有效质量，它是考虑了晶体点阵对电场作用的结果。（1）电阻率）电阻率与温度的关系与温度的关系若以0和T分别表示金属在0和T () 温度下的

4、电阻率，则)1 (0TT(2-12)式中是电阻温度系数，由上式：TT00(2-13)温度越高，金属的电阻率越大。（2）电阻率）电阻率与缺陷的关系与缺陷的关系空位、间隙原子以及它们的组合、位错等晶体缺陷使金属电阻率增加。金属内部的空位引起的附加电阻率：kTEAe/(2-14)式中，E为空位形成能，A为常数，T为温度。大量的实验结果表明，点缺陷所引起的剩余电阻率的变化远比线缺陷的影响大。（3）电阻率）电阻率与杂质的关系与杂质的关系马西森定律（Matthiessen Rule）金属总的电阻包括金属的基本电阻和杂质（溶质）浓度引起的电阻， T（2-15）式中， 是与杂质浓度、点缺陷、位错等有关的电阻率

5、， (T)为金属与温度有关的电阻率。高温时， (T)占主导低温时， 占主导把在极低温度（一般为4.2K）下测得的金属电阻率称为金属剩余电阻率。可作为衡量金属纯度的重要指标。溶质原子及杂质对电阻的影响与以下三个因素有关：与加入的溶质原子或杂质浓度，以及它们与基体金属的价电子差数有关。溶质原子或杂质与基体金属的原子半径之差越大，则晶格畸变越大，电阻的增加就越大。与溶质原子或杂质在基体金属中所处的状态有关。当形成两相混合物时，其电阻随高电阻金属的含量增多而按比例增加；形成固溶体时，由于点阵交杂，使晶格的点阵规律受到较大的破坏，电阻率增大。（4）电阻率）电阻率与压力的关系与压力的关系 在巨大的流体静压

6、条件下，金属原子间距缩小，内部缺陷形态、电子结构和能带结构等都将发生变化，会显著影响金属的导电性能。在流体静压下，金属的电阻率可用下式计算：)1(0PP(2-16)式中，0表示在真空条件下的电阻率，P表示压力， 是压力系数。按压力对金属导电性的影响，可将金属分为两种，即正常金属和反常金属。正常金属：随压力增大，金属的电阻率下降。如铁、钴、镍、钯、铂、铱、铜、银、金、锆等。反常金属：随压力增大，金属的电阻率增大。如碱金属和稀土金属等。（5）电阻率）电阻率与冷加工的关系与冷加工的关系弹性变形对金属材料的电阻影响很小塑性变形晶格畸变，晶体中可能出现空位、置换原子，位错及晶界弯曲等引起电子散射增加金属的电阻率增大ABT0T将两种不同的金属两端互相紧密地连接在一起回路中会产生电势形成热电流金属的热电效应（塞贝克效应）当 T T0称为两种材料的接触电势单一导体的温差电势（2-17） BAABnnqkTTUln式中，nA、nB分别为材料A、B的自由电子浓度。dTTTUTTAA00,（2-18）式中，A为汤姆逊系数。杂质对铜导电性的影响铬锆铜缝焊轮铬锆铜缝焊轮铍镍铜（稀土铜）铍镍铜（稀土铜）铬锆铜棒铬锆铜棒冷挤压电极头冷挤压电极头电极材料电极材料铍铜线材铍铜线材铍铜