B1电性材料课件

第七章电性材料

7.0绪论

一.电子材料的定义定义1以发挥其物理性能，或物理与物理性能之间，力学与物理性能之间，化学与物理性能之间相互转换的特性为主，用于IT工业的材料。定义2凡具有能量与信息的发射，吸收，转换，传输，存储，控制与处理功能特性之一，或者是直接参与保障这些功能特性的顺利发挥，用于IT工业的材料二.电子材料的分类按用途分：结构电子材料和功能电子材料。结构电子材料是指能承受一定压力和重力，并能保持尺寸和大部分力学性质（强度、硬度及韧性等）稳定的一类材料；功能电子材料是指除强度性能外，还有特殊性能，或能实现光、电、磁、热、力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料；按组成（化学作用）分：无机电子材料和有机电子材料无机电子材料以可分为金属材料(以金属键结合）和非金属材料（以离子键和共价键结合）；有机电子材料主要是指高分子材料（以共价键和分子键结合）；按材料的物理性质和应用领域分:按材料的物理性质分：导电材料、超导材料、半导体材料、绝缘材料、压电铁电材料、磁性材料、光电材料和敏感材料等。按应用领域分：微电子材料、电器材料、电容器材料、磁性材料光电子材料、压电材料、电声材料等；传统电子材料与先进电子材料三.电子材料的特点多学科交叉性:

涉及固体物理,固体化学,有机化学,冶金学,材料学,微电子学等。对先进技术的依赖性:

与材料制备、加工和检测技术密切相关。种类繁多、更新换代快、性能价格比不断改善。五.现代社会对电子材料的要求结构与功能相结合智能材料减少污染节省能源长寿命与可控寿命

7.1电导理论回顾

一.金属的电导理论对各向同性材料,两者为标量,否则为张量1.电子输运与散射单位时间总的载流子的散射概率为:三.霍尔效应(将载流导体置于均匀磁场中，使磁场和电场的方向互相垂直，则会在样品内垂直于电流和磁场组成的平面内形成稳定的横向电场，其大小正比于电流密度j和磁场强度B)金属霍尔系数随温度的变化不大,半导体的霍尔系数随温度升高呈指数下降四.金属的热电性塞贝克效应:T1T2V压力的影响压力不太大时:压力大时,可能引起相变,以及缺陷变化,从而影响电阻

2.固溶体的电阻低浓度固溶体的电阻:----马西森定则残留电阻率与溶剂和溶质的原子价(Ｚ、Z‘)有关:

7.2陶瓷的导电性能

1.导电载流子:电介质瓷:离子半导体瓷和导电陶瓷:电子2.电场E作用下的行为:法拉第效应

英文名称：Faradayeffect

法拉第效应的发现1845年由M.法拉第发现。当线偏振光（可见光的偏振）在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即ψ＝VBl，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应[1]。法拉第效应的应用法拉第效应可用于混合碳水化合物成分分析和分子结构研究。近年来在激光技术中这一效应被利用来制作光隔离器和红外调制器。

该效应可用来分析碳氢化合物，因每种碳氢化合物有各自的磁致旋光特性；在光谱研究中，可借以得到关于激发能级的有关知识；在激光技术中可用来隔离反射光，也可作为调制光波的手段。

因为磁场下电子的运动总附加有右旋的拉穆尔进动，当光的传播方向相反时，偏振面旋转角方向不倒转，所以法拉第效应是非互易效应。这种非互易的本质在微波和光的通信中是很重要的。许多微波、光的隔离器、环行器、开关就是用旋转角大的磁性材料制作的。

电导率与温度关系:离子电导率与扩散系数之间的关系:4.电子电导(具有霍尔效应)导电机制:本身能带中的电子引起电子或空穴的移动引起(主要机制)

电导率与霍尔系数:

电导率与塞贝克系数:5.电导混合法则:设材料由A和B两均匀相组成,则:两相复合材料的电导率满足指数和法则7.3导电材料一.金属Ag,Cu,Au,Pt,Ir等及其合金Au:贵Cu:杂质、冷加工影响大Al:杂质影响大，冷加工影响不大，难焊，强度低二.导电陶瓷1.特点：存在间隙连成的通道，可迁移的离子电子载流子浓度几乎为零；离子电导率一般大于：1(m)-1降温时存在无序-有序转变，使电导率下降用大尺寸离子进行部分置换可稳定无序相相变两种类型：突变型，扩散型2.材料举例ZrO2导电陶瓷自低温到高温存在单斜、四方、立方三种晶型立方相中的Zr4+占据氧八面体空隙，使结构保持松弛状态，O2-可以扩散、迁移，但存在于高温范围，通过添加适当的二价Ca2+,Mg2+，Y3+或其他三价离子可以获得室温下稳定存在的立方相稳定剂可使四方相亚稳定存在于室温下，避免冷却时由于四方转单斜时膨胀所致的开裂三.电热和电极陶瓷SiC：1560CMoSi2:1800C稳定ZrO2:2000C(需预热至1000C)7.4电阻材料按功能分：精密电阻材料电阻敏感材料按结构分：线绕电阻材料

非线绕电阻材料典型的电阻材料：Cu-Mn系Ni-Cr系Ni-Cu系，例如康铜Cu-40%NiPt基，Au基，Pd基，Ag基线绕式电阻器

金属氧化膜电阻器

1.常用贱金属合金线2.6J20(NiCr20~23)贱金属电阻材料:高,,好力性3.贵金属电阻合金线二.非线绕电阻材料定义：采用物理气相沉积、化学气相沉积、热分解、烧渗、网印、喷涂、烧结(包括常压烧结和热压烧结)等方法制得电阻体，再加上引出线、保护层以及适当的处理而制得的电阻器称为非线绕电阻器，这种电阻器所用的材料称为非线绕电阻材料对材料的要求：电阻率范围宽，温度系数小，电压系数低，噪声电平小，高频性能好，使用温度范围宽，工艺性能好，使用的稳定性和可靠性高。组成：电阻体、基体、引出线、保护层电阻体材料：金属、非金属、导体、半导体、绝缘体电阻体所用材料典型的非线绕电阻材料A.碳膜:碳氢化合物在850~1100oC，10~20Pa下热分解，沉积于绝缘陶瓷基体上形成(类石墨)；B.硅碳膜：含硅有机物与碳氢化合物热分解形成通常具有底层、中层和最外保护层的三层结构底层：含有SiO2和C，前者与基体玻璃形成Si-O键，改善膜/基结合力；中间层：导电层，与纯碳膜的结构和性能类似最外层：主要为SiO2，并含有少量-SiC，前者能耐热、耐潮、耐腐蚀，渗入中间层的晶粒之间处，对碳晶粒起隔离、增大间隙作用，使整体电阻率增大。合成漆(碳)膜导电材料(碳黑、石墨)＋粘合剂(酚醛树脂等)＋填料(云母粉等)＋溶剂(正丁醇等)；金属膜(硅铬系合金粉为主，真空蒸镀形成)镍-铬系薄膜(真空蒸镀或阴极溅射法制成)金属氧化物膜锡锑卤化物溶液喷涂到灼热的基体上，经水解反应而成，此外，还可采用蒸发法、溅射法、浸渍法、烟化法和涂敷法成膜G.化学镀沉积金属膜(利用水溶液中还原反应成膜)玻璃釉电阻材料导电相(导电和电阻材料)＋粘结相(玻璃釉)＋溶剂＋活性剂＋润滑剂等，经烧结而成合金箔将厚度小于3m的精密合金箔，用粘结剂(环氧树脂)粘贴在绝缘陶瓷基体上，再经光刻或激光雕刻等制成稳定的电阻图形，最后调阻、封装而成J实芯电阻材料导电材料(金属、金属氧化物、碳黑、石墨等)+有机粘合剂(酚醛树脂等)或无机粘合剂(玻璃釉等)三．电阻材料发展方向1.线绕精密电阻合金向高精度、高可靠性方向发展2.电阻合金向高阻值、超细化、薄膜化方向发展3.向深低温方向发展4.向电阻材料和电阻元件制造一体化、电阻器件元件化发展5.非晶电阻材料日益引人注目四．电热材料利用电流热效应的材料称为电热材料Ni-CrFe-Cr-Al五．热电材料—将热能和电能直接转换的材料，应用于热电发电和制冷、恒温控制、温度测量等领域1.评价指