材料物理性能05

1、N P- +N P+ -qVDP型型 N型型费米能级费米能级P NE当当PN结加有正向偏压时（结加有正向偏压时（P区为正向电压），外加电区为正向电压），外加电压使空间电荷区中的电场减弱，打破了漂移运动和扩压使空间电荷区中的电场减弱，打破了漂移运动和扩散运动的相对平衡。散运动的相对平衡。EE0E=E0+EP N在这种情况下，电子源源不断地从在这种情况下，电子源源不断地从N区向区向P区扩散，空区扩散，空穴从穴从P区向区向N区扩散，成为非平衡载流子。这种现象称区扩散，成为非平衡载流子。这种现象称为为PN结的正向注入。结的正向注入。通过单位面积通过单位面积PN结的总电流就是结的总电流就是11/0/00

2、TkqVTkqVNppPnnBBejepLDnLDqjPN结电流与少子浓度称正比，并且随正向电压增加指结电流与少子浓度称正比，并且随正向电压增加指数形式增加。数形式增加。EE0E=E0+EP N反向偏压反向偏压PN结空间电荷区中电场结空间电荷区中电场加强，载流子的漂移运动超过扩散加强，载流子的漂移运动超过扩散运动。运动。P型区的电子一旦接近空间电荷区边界，就要型区的电子一旦接近空间电荷区边界，就要被电场拉向被电场拉向N区。靠近边界的区。靠近边界的N型区的空穴，型区的空穴，被拉向被拉向P区。这种现象称为区。这种现象称为PN结的反向抽取。结的反向抽取。它们构成了它们构成了PN结的反向电流。结的反向

3、电流。PN结反向偏压时，势垒高度增加为结反向偏压时，势垒高度增加为q(VD+Vr)总电流密度总电流密度TkqVTkqVNppPnnBrBrejepLDnLDqj/0/0011qTkVBr一般000NppPnnpLDnLDqjj反向饱和电流反向饱和电流1、离子导电机理及影响因素、离子导电机理及影响因素1、离子导电机理及影响因素、离子导电机理及影响因素正空格点正间隙离子负间隙离子负空格点离子晶体中的缺陷1、离子导电机理及影响因素、离子导电机理及影响因素Eqx-Eqd/2+Eqd/2d有外场E时无电场TkexpB0Tk/EqdexpB20Tk/Eqdexp002TkEqdTkEqdTkeee0002

4、20TkEqdsinheTk002201、离子导电机理及影响因素、离子导电机理及影响因素Eqx-Eqd/2+Eqd/2d有外场E时TkEqdsinheTk00220这样就使原来无规则的跳跃发生了沿电场方向的偏向。这样就使原来无规则的跳跃发生了沿电场方向的偏向。把上式乘以每步跳动的距离把上式乘以每步跳动的距离d，就得到每秒钟平均沿，就得到每秒钟平均沿电场移动的距离电场移动的距离 dTkVTkEqdsinhde002201、离子导电机理及影响因素、离子导电机理及影响因素我们称这种由于外场影响，在原来无规我们称这种由于外场影响，在原来无规则运动之上引起的平均运动为则运动之上引起的平均运动为“漂移漂移

5、”，对于一般的电场对于一般的电场EqdkEqdkB BT T， ETk/expdTkqBB20TkdTkqBB/exp20称为离子的迁移率 TkEqdsinhdeVTkd002201、离子导电机理及影响因素、离子导电机理及影响因素EqVnjd0Tk/BBedTkqn2020可以看到电导率密切依赖与温度，除了上式中可以看到电导率密切依赖与温度，除了上式中的指数因子外，间隙原子密度的指数因子外，间隙原子密度n0也随温度有类也随温度有类似的指数变化关系。似的指数变化关系。 TkQBeNn001、离子导电机理及影响因素、离子导电机理及影响因素TkQBTk/BBBedTkNqedTkqn2022020T

6、kQdTkNqlnlnBB2021913年获诺贝尔物理奖年获诺贝尔物理奖Heike Kamerlingh Onnes（18531926）the Netherlands Leiden University Leiden, the Netherlands J. Georg Bednorz K. Alexander Muller 1/2 of the prize 1/2 of the prize Federal Republic of Germany Switzerland IBM Research Laboratory Rechlikon,Switzerland b. 1950 b. 1927在陶

7、瓷（金属在陶瓷（金属氧化物）中发氧化物）中发现超导现象，现超导现象，超导研究取得超导研究取得重大突破重大突破诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖获得者获得者 1986年，年，超导电性的金属和合金超导电性的金属和合金 Tc 30 K 钛、钒、锆、铌、钼、钽、钨、铼、铋、铝、锡、镉等28种。 二元合金NbTi，Tc810K； NbZr，Tc1011K。三元系合金有铌-钛-锆，Tc=10 K；铌-钛-钽，Tc=910K。超导化合物超导化合物 Nb3Sn，Tc=1818.5K； Nb3Ge，Tc23.2K，Nb3（AlGe），Tc20.7K等 超导电性的金属氧化物超导电性的金属氧化物 1960s Ba-Cu-O系

8、，35K, 1986, Bednorz, Muller Ba-Y-Cu-O系, 100 K, 1987, 我国赵忠贤等 Hg-Ba-Cu-O系，140 K2 、超导体的两种特性超导体的两种特性：完全导电性完全导电性完全抗磁性完全抗磁性磁感应强度始终为零磁感应强度始终为零3 、三个性能指标三个性能指标超导转变温度超导转变温度Tc 愈高愈好 临界磁场临界磁场Hc 破坏超导态的最小磁场。 随温度降低，Hc将增加； 当TTc时, Hc=Hc01-（T/Tc)2 临界电流密度临界电流密度Jc 保持超导状态的最大输入电流 (与Hc相关）FIGURE Critical temperature, curren

9、t density, and magnetic field boundary separating superconducting and normal conducting states 201ccTcTTHH迈斯纳相迈斯纳相正常相正常相混合相混合相热容、热膨胀、热传导、耐热性、抗热热容、热膨胀、热传导、耐热性、抗热震性能等。震性能等。热性能的物理概念、物理本质、影响因热性能的物理概念、物理本质、影响因素、测量方法和工程意义，素、测量方法和工程意义，为选材、用材、改善材料性能、探索新为选材、用材、改善材料性能、探索新材料、新工艺打下物理理论基础。材料、新工艺打下物理理论基础。个频率对应每个波

10、矢量个原子的复式晶格，例如，原胞中有nn3qqqqnE21为声子数称为“声子”，其能量子qqn简谐波具有能量简谐波具有能量 的概率为的概率为qETknTkEBqqBqee21这也是具有这也是具有nq个频率个频率为为 q的声子的几率的声子的几率3nN种简谐波，就有种简谐波，就有3nN种声子。种声子。晶格振动总能量可以看成是晶格振动总能量可以看成是3nN种简谐波能种简谐波能量的总和！量的总和！ nNq , iTkqiiBieqqE312111TkqqBqen声子的平均声子数为频率为qqE声子的平均能为频率为121TkqqBqe热容热容：材料在没有相变和化学反应的条件下，：材料在没有相变和化学反应的

11、条件下，温度升高温度升高1或降低或降低1所吸收或放出的所吸收或放出的热量热量（能量）（能量）。单位为。单位为J/K,或或J/。TTTQC暂时不考虑自由电子的运动，温度升高意暂时不考虑自由电子的运动，温度升高意外着晶格振动加剧，也意味着体系能量外着晶格振动加剧，也意味着体系能量（内能）升高，（内能）升高，要外界给其能量！表现为要外界给其能量！表现为吸热！吸热！吸热的过程与热容也有关系，如果升温过吸热的过程与热容也有关系，如果升温过程中体积膨胀，这表示对外作了功！那么程中体积膨胀，这表示对外作了功！那么升高同样的温度，体积膨胀的就要比不膨升高同样的温度，体积膨胀的就要比不膨胀的吸收热量胀的吸收热量

12、多多！VVVTETQCpppTHTQCPVEH比热容比热容mTQcTT1Kkg/J摩尔热容摩尔热容Kmol/JKTVCCmVm,Vm,p2 nNq , iTkqiiBieqqE3121Vm.VTEC 03221Nq , iTk/qTk/qBiBBiBieeTkqk爱因斯坦理论爱因斯坦理论 22013Tk/qTk/qBiBm,VBiBieeTkqkNC高温时高温时92430.kNCBm,V低温时低温时Tk/BiBm,VBieTkkNC203爱因斯坦理论给出热容随温度下降的趋势，但爱因斯坦理论给出热容随温度下降的趋势，但细节与实际不符。细节与实际不符。 Tk/mBVBmdeeTkRTC024319高温时高温时低温时低温时 34024351219mBmBVTkRdeeTkRTC34512TR92431322.ReeTkkCnTk/Tk/BiBm,VBiBi20201251FBETkEE