《材料物理性能》全套PPT課件

《材料物理性能》全套PPT課件,材料物理性能,材料,物理性能,全套,PPT,課件 材料物理性能PhysicalPropertiesofMaterials緒言背景本課程的特點(diǎn)：本課程的內(nèi)容：教學(xué)安排：學(xué)習(xí)本課程的要求：教材及參考文獻(xiàn)：材料是社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)與先導(dǎo)材料是社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)與先導(dǎo)人類的歷史曾以使用的主要材料來(lái)加以劃分，如石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器(鋼鐵)時(shí)代、.背景材料、信息和能源當(dāng)今世界的三大支柱。材料：概念廣泛而抽象，在實(shí)際生活中則是具體而生動(dòng)的，往往體現(xiàn)在每一應(yīng)用典范上，以某一特定性能呈現(xiàn)在人們面前。材料無(wú)處不在材料無(wú)處不在傳感器件半導(dǎo)體芯片半導(dǎo)體技術(shù)液晶材料光學(xué)材料金屬材料磁性材料移動(dòng)通訊數(shù)碼拍照拍照功能顯示功能金屬外殼信號(hào)接受對(duì)話功能電子線路照片存儲(chǔ)功能材料介電材料材料種類繁多材料種類繁多能源材料金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料光電材料有機(jī)高分子材料智能材料生物材料生態(tài)環(huán)境材料復(fù)合材料單晶多晶非晶液晶建筑材料航空航天材料結(jié)構(gòu)材料功能材料信息材料準(zhǔn)準(zhǔn)晶晶材料的分類材料的分類 按狀態(tài)分，按狀態(tài)分，材料可分為材料可分為單晶、多晶、非晶、準(zhǔn)晶和單晶、多晶、非晶、準(zhǔn)晶和液晶液晶 從成分的角度從成分的角度，材料則可分為，材料則可分為無(wú)機(jī)材料與有機(jī)材料無(wú)機(jī)材料與有機(jī)材料從應(yīng)用來(lái)看，從應(yīng)用來(lái)看，材料可分為材料可分為信息材料、能源材料、生物材料、建筑信息材料、能源材料、生物材料、建筑材料、航空航天材料材料、航空航天材料等。等。根據(jù)材料的用途，根據(jù)材料的用途，材料可分為材料可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料結(jié)構(gòu)材料和功能材料根據(jù)材料的用途，材料有共通性材料有共通性制備、使用過(guò)程中現(xiàn)象、概念、轉(zhuǎn)變相似。單晶多晶非晶準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)、缺陷行為平衡熱力學(xué)擴(kuò)散、界面結(jié)構(gòu)與行為材料相變機(jī)理電子遷移及電性能從物理學(xué)的角度，從微觀的角度來(lái)闡述材料中的種種規(guī)律是很重要的。學(xué)科體系學(xué)科體系 材料物理與化學(xué)材料物理與化學(xué) 凝聚態(tài)物理、基礎(chǔ)化學(xué)與材料學(xué)的交叉，研究材料的合凝聚態(tài)物理、基礎(chǔ)化學(xué)與材料學(xué)的交叉，研究材料的合成路徑、微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)的形成機(jī)理；成路徑、微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)的形成機(jī)理；正確理解正確理解 材料學(xué)材料學(xué) 采用科學(xué)的方法，觀察材料的組織、結(jié)構(gòu)，檢測(cè)材料的采用科學(xué)的方法，觀察材料的組織、結(jié)構(gòu)，檢測(cè)材料的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，合理評(píng)價(jià)材料的使用性能；在金力學(xué)、物理和化學(xué)性能，合理評(píng)價(jià)材料的使用性能；在金相尺度上，初步探討結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系；相尺度上，初步探討結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系；科學(xué)評(píng)價(jià)科學(xué)評(píng)價(jià) 材料加工材料加工 制定合適的方法和工藝，合成、制備具有期望性能的材制定合適的方法和工藝，合成、制備具有期望性能的材料；料；高效制備高效制備 材料物理性能課程特點(diǎn)v材料物理性能涉及到材料科學(xué)和工程兩個(gè)部材料物理性能涉及到材料科學(xué)和工程兩個(gè)部分。性能的物理本質(zhì)部分告訴我們分。性能的物理本質(zhì)部分告訴我們“為什么為什么”，工藝，工藝結(jié)構(gòu)、性能及其測(cè)試分析技術(shù)告結(jié)構(gòu)、性能及其測(cè)試分析技術(shù)告訴我們?cè)V我們“如何做如何做”，其載體和橋梁就是具體，其載體和橋梁就是具體的功能材料。的功能材料。物理本質(zhì)物理本質(zhì)材料科學(xué)材料科學(xué)工程工程是什么？是什么？為什么？為什么？如何做如何做？功能材料功能材料物理物理科學(xué)科學(xué)材料科學(xué)材料物理物理學(xué)概念、原理等物理學(xué)模型材料性能從物理學(xué)的一些基本概念、基本原理、基本定律出發(fā)，并建立相應(yīng)的物理模型，力圖闡述材料本身的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和它們?cè)诟鞣N外界條件下發(fā)生的變化及其變化規(guī)律，得出結(jié)論，進(jìn)而指導(dǎo)材料的生產(chǎn)和科學(xué)研究。材料物理學(xué)的定義材料物理學(xué)的定義 材料物理是物理學(xué)和材料學(xué)之間的交叉材料物理是物理學(xué)和材料學(xué)之間的交叉學(xué)科。學(xué)科。材料物理學(xué)的特點(diǎn)材料物理學(xué)的特點(diǎn).它它 旨在利用物理中的一些學(xué)科的成果來(lái)闡旨在利用物理中的一些學(xué)科的成果來(lái)闡明材料中的種種規(guī)律和轉(zhuǎn)變過(guò)程明材料中的種種規(guī)律和轉(zhuǎn)變過(guò)程。材料物理是研究物質(zhì)的材料物理是研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)、組織形式、微觀結(jié)構(gòu)、組織形式、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、物理性能、化學(xué)成分運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、物理性能、化學(xué)成分以及它們以及它們之間相互關(guān)系的學(xué)科。之間相互關(guān)系的學(xué)科。1.2材料物理學(xué)的特點(diǎn)材料物理和材料科學(xué)的關(guān)系材料物理和材料科學(xué)的關(guān)系3.材料物理的基本研究指導(dǎo)材料的生產(chǎn)應(yīng)用。1.息息相關(guān)、相互促進(jìn)和共同發(fā)展2.材料物理研究課題來(lái)源于材料、對(duì)象也是材料，都是生產(chǎn)、科研中提出來(lái)的新問(wèn)題。一方面，材料物理所研究的一些主要課題往往是從生產(chǎn)實(shí)踐中提出來(lái)的 舉例1：金屬材料：強(qiáng)度、范性低維材料，薄膜材料（2維）、納米線（1維）納米點(diǎn)（0維），尺寸效應(yīng)。陶瓷：燒結(jié)體，燒結(jié)技術(shù)，微結(jié)構(gòu)舉例舉例2 2：由于工藝上的突破并實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的“金屬玻璃”，因而金屬玻璃的力學(xué)性質(zhì)、磁性、超導(dǎo)電性等實(shí)際問(wèn)題的研究也就隨之提出；由于電子技術(shù)、激光、紅外技術(shù)的需要，研究電介質(zhì)材料就由研究絕緣體的四大參數(shù)逐步擴(kuò)展到研究物質(zhì)的電極化過(guò)程；為了發(fā)展耐高溫的材料，推動(dòng)了對(duì)于金屬或陶瓷的高溫強(qiáng)度、高溫蠕變、氧化及擴(kuò)散的研究等等。另一方面，將材料物理的基本研究成果應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中去，也會(huì)發(fā)揮很大的作用 再結(jié)晶結(jié)構(gòu)的研究顯著地改進(jìn)了硅鋼片的質(zhì)量利用非晶硒的光導(dǎo)特性的研究成果，發(fā)展了新的靜電復(fù)印技術(shù)；集成鐵電學(xué)的研究，促進(jìn)了鐵電存儲(chǔ)器的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)發(fā)。舉例：材料的性能本質(zhì)材料的性能本質(zhì)性能本質(zhì)性能本質(zhì)：外界因素（作用物理量）作用于某一物體，外界因素（作用物理量）作用于某一物體，如：外力、溫度梯度、外加電場(chǎng)磁場(chǎng)、光照如：外力、溫度梯度、外加電場(chǎng)磁場(chǎng)、光照等，引起原子、分子或離子及電子的微觀運(yùn)等，引起原子、分子或離子及電子的微觀運(yùn)動(dòng)，在宏觀上表現(xiàn)為感應(yīng)物理量，動(dòng)，在宏觀上表現(xiàn)為感應(yīng)物理量，感應(yīng)物理感應(yīng)物理量與作用物理量呈一定的關(guān)系，其中有一與量與作用物理量呈一定的關(guān)系，其中有一與材料本質(zhì)有關(guān)的常數(shù)材料本質(zhì)有關(guān)的常數(shù)材料的性能。材料的性能。作用物理作用物理量量 感應(yīng)感應(yīng) 物理量物理量公式公式材料內(nèi)部的材料內(nèi)部的 變化變化 材料材料 性性 能能性能的性能的 種類種類應(yīng)力應(yīng)力 形變形變 =S 原子發(fā)生相原子發(fā)生相對(duì)位移對(duì)位移柔性系數(shù)柔性系數(shù)力學(xué)性能力學(xué)性能表面電荷表面電荷密度密度DD=C 原子發(fā)生相原子發(fā)生相對(duì)位移引起對(duì)位移引起偶極矩的變偶極矩的變化化壓電常數(shù)壓電常數(shù)壓電性能壓電性能溫差溫差t形變形變 =t原子發(fā)生位原子發(fā)生位移移熱膨脹系熱膨脹系數(shù)數(shù)熱學(xué)性能熱學(xué)性能熱量熱量QQ=Ct原子振動(dòng)加原子振動(dòng)加強(qiáng)強(qiáng)熱容熱容熱學(xué)性能熱學(xué)性能溫差電動(dòng)溫差電動(dòng)勢(shì)勢(shì)V=t載流子的定載流子的定向運(yùn)動(dòng)向運(yùn)動(dòng)溫差電動(dòng)溫差電動(dòng)勢(shì)系數(shù)勢(shì)系數(shù)導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能溫度溫度梯度梯度dt/dx熱流密熱流密度度qq=kdt/dx原子熱振動(dòng)的相互原子熱振動(dòng)的相互作用作用熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率熱學(xué)熱學(xué)性能性能 電電 場(chǎng)場(chǎng) E電流電流密度密度JJ=E荷電離子遠(yuǎn)距離的荷電離子遠(yuǎn)距離的移動(dòng)移動(dòng)電導(dǎo)率電導(dǎo)率導(dǎo)電導(dǎo)電性能性能極化強(qiáng)極化強(qiáng)度度PP=0E宏宏觀電場(chǎng)觀電場(chǎng)荷電離子短距離的荷電離子短距離的移動(dòng)移動(dòng)介質(zhì)電極化介質(zhì)電極化率率介電介電性能性能離子的離子的偶極矩偶極矩 =E局部電場(chǎng)局部電場(chǎng)原子核與周?chē)娮釉雍伺c周?chē)娮影l(fā)生短距離的移動(dòng)發(fā)生短距離的移動(dòng)離子的極化離子的極化率率介電介電性能性能材料的材料的形變形變 =d E偶極矩的變化偶極矩的變化壓電常數(shù)壓電常數(shù)壓電壓電性能性能v研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容物理性能與材料的成分、結(jié)物理性能與材料的成分、結(jié) 構(gòu)、工藝過(guò)程的關(guān)系及其變化規(guī)律。構(gòu)、工藝過(guò)程的關(guān)系及其變化規(guī)律。v“物性物性”還隨材料的使用（或?qū)嶒?yàn)）環(huán)境變還隨材料的使用（或?qū)嶒?yàn)）環(huán)境變化的。這些環(huán)境包括溫度、壓力、電場(chǎng)、磁化的。這些環(huán)境包括溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、輻照、化學(xué)介質(zhì)、力場(chǎng)等等。場(chǎng)、輻照、化學(xué)介質(zhì)、力場(chǎng)等等。熱學(xué)熱學(xué)性能性能電學(xué)電學(xué)性能性能光學(xué)光學(xué)性能性能 材料物理性能材料物理性能磁學(xué)磁學(xué)性能性能聲學(xué)聲學(xué)性能性能前景高技術(shù)發(fā)展對(duì)材料的性能要求不斷提高；材料設(shè)計(jì)技術(shù)正在興起智能材料；材料研究的一種方法揭示材料物理性能的物理本質(zhì)，物理性能與材料成分、結(jié)構(gòu)工藝過(guò)程的關(guān)系及環(huán)境穩(wěn)定性?！靶虏牧闲虏牧稀迸c與“高技術(shù)高技術(shù)”所謂所謂“新材料新材料”，就是那些新出現(xiàn)或已在發(fā)展中的，就是那些新出現(xiàn)或已在發(fā)展中的，在成分、組織、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等方面不同于普通材料，在成分、組織、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等方面不同于普通材料，具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能的材料。具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能的材料。所謂所謂“高技術(shù)高技術(shù)”，就是采用新材料、新工藝，產(chǎn)生更就是采用新材料、新工藝，產(chǎn)生更高效益，能促進(jìn)人類社會(huì)更快進(jìn)步的技術(shù)高效益，能促進(jìn)人類社會(huì)更快進(jìn)步的技術(shù)。高技術(shù)引入大量新材料，二者相輔相成。其中一個(gè)最突高技術(shù)引入大量新材料，二者相輔相成。其中一個(gè)最突出的例子是：半導(dǎo)體材料及大規(guī)模集成電路技術(shù)的不出的例子是：半導(dǎo)體材料及大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷突破，使電子計(jì)算機(jī)的體積越來(lái)越小，能力卻成千斷突破，使電子計(jì)算機(jī)的體積越來(lái)越小，能力卻成千上萬(wàn)倍地提高。上萬(wàn)倍地提高。材料物理性能課程內(nèi)容初步介紹材料的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)及彈性和內(nèi)耗性能的物理本質(zhì)；描述這些性能與材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程的關(guān)系及變化規(guī)律；介紹與物理性能相關(guān)的特殊材料；介紹與這些物理性能相關(guān)的測(cè)試技術(shù)與分析方法。v本課程的內(nèi)容龐雜，每章都自成體系。從四本課程的內(nèi)容龐雜，每章都自成體系。從四個(gè)方面進(jìn)行學(xué)習(xí)：個(gè)方面進(jìn)行學(xué)習(xí)：基本概念基本概念、物理本質(zhì)物理本質(zhì)、影影響因素響因素和和分析應(yīng)用分析應(yīng)用。v學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求：v1 1、掌握基本概念、掌握基本概念v2 2、定性了解各種物理性能的物理本質(zhì)、定性了解各種物理性能的物理本質(zhì)v3 3、會(huì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果建議先修課程：普通物理、物理化學(xué)、固體物理(或材料物理)及相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)（張量、矩陣）本課程：掌握材料物理性能的基本參數(shù)的物理意義及其本質(zhì)；熟練掌握材料物理參數(shù)與成分、結(jié)構(gòu)的關(guān)系及影響因素，為設(shè)計(jì)新材料和材料改性打下一定基礎(chǔ)；熟練掌握材料物理性能的測(cè)量方法及其分析方法。材料物理性能教材及參考資料教材及參考資料：1材料物理性能，田蒔主編，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004年2無(wú)機(jī)材料物理性能，關(guān)振鐸，張中太，焦金生，清華大學(xué)出版社3晶體的物理性質(zhì)，J.F.Nye，孟中巖等譯，西安交通大學(xué)出版社，1994年3PropertiesofMaterials,MaryAnneWhite,OxfordUniversityPress4功能材料學(xué)，周馨娥，北京理工大學(xué)出版社5半導(dǎo)體物理學(xué)，李名復(fù)等，科學(xué)出版社6電介質(zhì)物理學(xué)，殷之文，科學(xué)出版社7鐵電體物理學(xué)，鐘維烈，科學(xué)出版社8鐵電與壓電材料，許煜寰，科學(xué)出版社9鐵磁學(xué)，戴道生，錢(qián)昆明，科學(xué)出版社杜克大學(xué)教授戴維史密斯等人說(shuō)，要制造這種扭曲光波的材料，關(guān)鍵是材料的晶格結(jié)構(gòu)特性，而不是其物質(zhì)構(gòu)成。他們從麥克斯韋方程出發(fā)，推導(dǎo)出了決定材料結(jié)構(gòu)的一套方程式，人們可以按這套方程式來(lái)制造隱身材料。視覺(jué)隱身材料可以用于軍事領(lǐng)域，讓軍事設(shè)施、部隊(duì)等從敵人眼前“徹底消失”。由于光波屬于電磁波的一種，按他們的方程式也可以設(shè)計(jì)出能讓其他波段電磁波“扭曲”的材料。比如，能讓微波扭曲的材料如果用于無(wú)線電通信，就可以減少某些物體對(duì)通信的阻礙。其他科學(xué)家在同一期雜志上評(píng)論說(shuō)，所謂“隱身”，實(shí)際上躲不過(guò)多波段電磁波的探測(cè)，能扭曲一種波的材料，對(duì)其他波長(zhǎng)的電磁波就無(wú)效了。但通過(guò)一些改進(jìn)，可以將視覺(jué)隱身的效果提高。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，12層結(jié)構(gòu)，5種材料：空氣、鋁、聚乙烯(PE)、PMMA有機(jī)玻璃和聚偏氟乙烯(PVDF)，TM高斯波入射Wanli Lu,JunFeng Jin,Huanyang Chen,and Zhifang Lin,(2010)J Appl Phys,108,064517COMSOLMultiphysics人造光學(xué)黑洞airair,0,加速度狹窄空隙間中的氣隙阻尼現(xiàn)象COMSOLMultiphysics的傳感器仿真From:UniversityofManitobaCOMSOL的梳妝驅(qū)動(dòng)器仿真?zhèn)鞲衅魇釥铗?qū)動(dòng)器靜電、結(jié)構(gòu)微米鉗子（頂部）和梳狀驅(qū)動(dòng)機(jī)制(底部)微型平面電機(jī)散熱及溫度控制COMSOL的微系統(tǒng)散熱仿真該平面電機(jī)的功率為600W工作在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中要求表面溫升不超過(guò)1且散熱空間只有306*306*14mm的范圍導(dǎo)體中的缺陷控制方程：涉及到：電學(xué)傳熱學(xué)材料學(xué)模型簡(jiǎn)圖導(dǎo)體缺陷電壓接地電絕緣/熱絕緣相變模擬相區(qū)分模型簡(jiǎn)化，沒(méi)有考慮液化潛熱，以及相變對(duì)電場(chǎng)的影響邏輯表達(dá)式：仿真結(jié)果時(shí)溫度分布電流分布仿真結(jié)果相變黃銅棒連鑄目的：模擬黃銅棒連鑄過(guò)程中溫度分布以及相變情況傳熱分析流速分析組份變化問(wèn)題分析溫度變化描述：相變前：考慮相變：為高斯曲線曲線流場(chǎng)分析式中F為源項(xiàng)：組份模擬控制方程：結(jié)果分析速度分布圖熱通量曲線流場(chǎng)分布圖自適應(yīng)網(wǎng)格電學(xué)相關(guān)仿真高斯定理高斯定理高斯高斯定理定理庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理在真空中靜電場(chǎng)，穿過(guò)任一在真空中靜電場(chǎng)，穿過(guò)任一閉合曲面閉合曲面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量，等于該曲面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量，等于該曲面所包圍的所有電荷的代數(shù)和除以所包圍的所有電荷的代數(shù)和除以 .高斯定理高斯定理+有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理電電介介質(zhì)質(zhì)q0q q內(nèi)內(nèi)q0內(nèi)內(nèi)S電介質(zhì)：通常說(shuō)要的絕緣體，電子被原子核束縛麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組電場(chǎng)強(qiáng)度 E E，電位移矢量（電通量密度，或電感應(yīng)強(qiáng)度）D D，磁場(chǎng)強(qiáng)度 H H，磁通量密度（磁感應(yīng)強(qiáng)度）B B，電流密度J J，電荷密度連續(xù)方程：磁矢勢(shì)，A電勢(shì)，V磁標(biāo)勢(shì)，Vm勢(shì)：磁化強(qiáng)度矢量，M本構(gòu)關(guān)系：=組織分布對(duì)電場(chǎng)影響模型1方形結(jié)構(gòu)為鋁，內(nèi)部圓球?yàn)殂~模型2相圖仿真模型0.1V電壓接地其余邊界為電絕緣控制方程銅電導(dǎo)率：5.998e7S/m鋁電導(dǎo)率：3.774e7S/m仿真結(jié)果模型1電流密度與電勢(shì)分布模型2電流密度與電勢(shì)分布仿真結(jié)果模型1中線處電流密度與電勢(shì)分布模型2中線處電流密度與電勢(shì)分布無(wú)銅球時(shí)電流密度分布y坐標(biāo)3-4cm之間的電勢(shì)差1、0.075-0.0667522、0.07452-0.06674電阻抗傳感器本模型模擬導(dǎo)包含一個(gè)圓柱空腔的導(dǎo)電黑箱的阻抗分析分析顯示了空腔橫向位置對(duì)測(cè)量阻抗的影響，這可在后處理步驟中計(jì)算得到。控制方程和邊界條件傳導(dǎo)電流和位移電流的連續(xù)性方程變?yōu)椋寒?dāng)忽略感應(yīng)時(shí)，電場(chǎng)無(wú)旋度，能被表示為標(biāo)量勢(shì)V。電場(chǎng)E和電位移D可從V的梯度獲得：求解域的底部和垂直邊為接地邊界條件。上邊除電極外為絕緣，電極上施加1A的均勻分布電流源。黑箱相對(duì)介電常數(shù)：5電導(dǎo)率為：1mS/m結(jié)果與討論右圖為算出的阻抗和其相位角與空氣腔坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)腔體在電極下經(jīng)過(guò)時(shí)，阻抗值出現(xiàn)一個(gè)尖銳的峰。下圖為電流密度分布：阻抗曲線電阻抗測(cè)量技術(shù)電阻抗測(cè)量被用于成像和探測(cè)，應(yīng)用范圍包括無(wú)損傷測(cè)試、地球物理成像和醫(yī)學(xué)成像等電阻抗測(cè)量成像半導(dǎo)體二極管一個(gè)半導(dǎo)體二極管由兩個(gè)不同的摻雜區(qū)組成：一個(gè)空穴濃度占優(yōu)勢(shì)的p型區(qū)域和一個(gè)電子濃度占優(yōu)勢(shì)的n型區(qū)域。陽(yáng)極與p型區(qū)域相連，陰極與n型區(qū)域相連二級(jí)管模型問(wèn)題分析仿真的模型有三個(gè)因變量：，n和p。盡管這已經(jīng)是最簡(jiǎn)化的模型了，但是仍然具有相當(dāng)強(qiáng)的非線性。求解域方程為：式中：為靜電勢(shì)q為元電荷p和n分別為空穴和電子濃度N為電離施主濃度Shockley-Read-Hall復(fù)合正極外加電壓01V負(fù)極問(wèn)題分析電離施主濃度表達(dá)式為：?jiǎn)栴}分析邊界電勢(shì)n，p初始濃度計(jì)算結(jié)果外加0V電壓時(shí)空穴濃度分布外加0V電壓時(shí)電子濃度分布外加1V電壓時(shí)電子濃度分布外加1V電壓時(shí)空穴濃度分布?xì)W司朗LED芯片電流分布仿真在LED設(shè)計(jì)中，通常希望電流的分布比較均勻，而且不產(chǎn)生電擁擠。這個(gè)仿真的目的在于分析不同的PN觸點(diǎn)對(duì)LED芯片電流分布的影響芯片結(jié)構(gòu)及PN接觸點(diǎn)位置仿真過(guò)程在COMSOL可以很方便的定義LED芯片各組成部分的結(jié)構(gòu)、形狀以及性質(zhì)等二極管電流方程三維模型N觸點(diǎn)網(wǎng)格與N層電流方程仿真模型結(jié)果分析芯片電壓分布不同PN觸點(diǎn)形狀下電流密度分布結(jié)果分析不同N接觸點(diǎn)面積下芯片電流分布分分類示意示意圖電介介質(zhì)材料材料電容器模擬模擬了在一個(gè)靜電可調(diào)式平行板電容，通過(guò)彈簧可以調(diào)節(jié)電容器兩板間的距離，或者改變板間電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)可以改變電容器的電容值。本模型分析電容器的電勢(shì)分布以及電容的大小的物理量。電容器幾何模型相關(guān)理論標(biāo)量電位滿足V滿足：其中是自由空間的介電常數(shù)，是相對(duì)介電常數(shù)，是空間電荷密度。電場(chǎng)E和電位移D可由V的梯度得到:電容:計(jì)算機(jī)仿真邊界：-上平板和連桿施加電勢(shì)1V-下平板始終為接地電勢(shì)電容器間材料：相對(duì)介質(zhì)常數(shù)4.2仿真結(jié)果電容器電勢(shì)分布電容計(jì)算結(jié)果：電場(chǎng)分布8.87517e-14F壓電材料壓電材料：受到壓力作用時(shí)會(huì)在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料壓電效應(yīng)：應(yīng)力與電場(chǎng)耦合p正壓電效應(yīng)：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能p逆壓電效應(yīng)：電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能壓電石英晶體材壓電石英晶體材料料壓電材料的應(yīng)用壓電材料的應(yīng)用領(lǐng)域換能器各類傳感器電聲換能器水聲換能器超聲波換能器壓電式壓力傳感器加速度傳感器.超聲波換能器一種能把高頻電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種裝置超聲波探頭起始波起始波 缺陷缺陷反射波反射波 底波底波工件工件缺陷缺陷無(wú)損檢測(cè)點(diǎn)火裝置傳感器跳舞機(jī)揚(yáng)聲器壓電驅(qū)動(dòng)梁模型由一個(gè)長(zhǎng)為100mm的夾層懸臂梁組成；夾層中心為一個(gè)厚度為2mm的泡沫核心，兩側(cè)為8mm厚的鋁制層。另外，泡沫中心增加了一個(gè)10mm長(zhǎng)的壓電驅(qū)動(dòng)器，坐標(biāo)為z=55mm和z=65mm之間壓電驅(qū)動(dòng)梁模型壓電驅(qū)動(dòng)梁材料屬性壓電材料為PZT-5H材料多為各向異性壓電耦合矩陣：彈性矩陣：絕對(duì)介電常數(shù)矩陣：控制方程：力學(xué)電學(xué)仿真邊界（1）該模型的結(jié)構(gòu)力學(xué)邊界條件為懸臂梁在x=0處的邊界 被約束，其他表面均為自由。（2）該模型的靜電邊界條件為壓電材料區(qū)域的上下邊界之 間施加了20V的電勢(shì)。這也使得在垂直于x軸的方向上 建立了一個(gè)電場(chǎng)，因此在壓電材料內(nèi)部產(chǎn)生了應(yīng)變。仿真結(jié)果位移結(jié)果壓電材料電勢(shì)分布?jí)弘娐晫W(xué)換能器電場(chǎng)電場(chǎng) 壓力場(chǎng)壓力場(chǎng) 聲波場(chǎng)聲波場(chǎng)壓電材料模型壓電材料模型+聲場(chǎng)模型聲場(chǎng)模型V1=100V，V2=0f=200KHZ邊界條件壓電設(shè)備壓電設(shè)備 選擇下邊界：輥支撐，電勢(shì)接地；上邊界：邊界載荷（聲壓載荷），電勢(shì)100V聲壓設(shè)備聲壓設(shè)備 上邊界：法向加速度（固體應(yīng)力），完美匹配層上邊界下邊界仿真結(jié)果聲壓分布上邊界應(yīng)力與聲壓分布第一章材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能n材料的導(dǎo)電性n半導(dǎo)體的電學(xué)性能n絕緣體的電學(xué)性能n超導(dǎo)電性n導(dǎo)電性的測(cè)量引言一、載流子電流是電荷的定向運(yùn)動(dòng)，電荷的載體稱為載流子。載流子電子、空穴正離子、負(fù)離子、空位二、遷移數(shù)表征材料導(dǎo)電載流子種類對(duì)導(dǎo)電貢獻(xiàn)的參數(shù)，用tx表示。ti+、ti-、te-、th+離子遷移數(shù)ti0.99的導(dǎo)體為離子導(dǎo)體；ti0.99的導(dǎo)體為混合導(dǎo)體。某種載流子輸運(yùn)電荷的電導(dǎo)率各載流子輸運(yùn)電荷的總電導(dǎo)率某一種載流子輸運(yùn)電荷占全部電導(dǎo)率的分?jǐn)?shù)第一節(jié) 材料的導(dǎo)電性一、電阻率和電導(dǎo)率歐姆定律：U=RIR表示導(dǎo)體的電阻，不僅與導(dǎo)體材料本身的性質(zhì)有關(guān)，而且還與其長(zhǎng)度l及截面積S有關(guān)，其值Rl/S，式中 稱為電阻率或比電阻。電阻率只與材料特性有關(guān)，而與導(dǎo)體的幾何尺寸無(wú)關(guān)，因此評(píng)定材料導(dǎo)電性的基本參數(shù)是電阻率或電導(dǎo)率，電阻率的單 位為m,cm,cm。當(dāng)施加的電場(chǎng)產(chǎn)生電流時(shí)，電流密度J正比于電場(chǎng)強(qiáng)度E，其比例常數(shù)即為電導(dǎo)率：電阻率的倒數(shù)即為電導(dǎo)率，即=1/，電導(dǎo)率的單位為S/m或-1m-1。工程上用相對(duì)電導(dǎo)率IACS%=/Cu%表征導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)軟純銅電導(dǎo)率導(dǎo)體：108cm；半導(dǎo)體：值介于10-3108cm之間。材料物理性能材料的電學(xué)性能二、金屬導(dǎo)電理論二、金屬導(dǎo)電理論經(jīng)典自由電子論1900年特魯?shù)?洛倫茲1.經(jīng)典自由電子理論（量子理論發(fā)展前）霍耳效應(yīng)當(dāng)金屬導(dǎo)體處于與電流方向相垂直的磁場(chǎng)內(nèi)時(shí)，則在?？鐦悠返膬擅娈a(chǎn)生一個(gè)與電流和磁場(chǎng)都垂直的電場(chǎng)，此現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。表征霍耳場(chǎng)的物理參數(shù)：霍耳系數(shù) 又因可得由式可見(jiàn)，霍爾系數(shù)只與金屬中的自由電子密度有關(guān)。霍爾效應(yīng)證明了金屬中存在自由電子，理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果對(duì)典型金屬相一致。電導(dǎo)率：經(jīng)典電子論的局限性經(jīng)典電子論模型成功地說(shuō)明了歐姆定律，導(dǎo)電與導(dǎo)熱的關(guān)系。但在說(shuō)明以下問(wèn)題遇到困難：n實(shí)際測(cè)量的電子自由程比經(jīng)典理論估計(jì)值大許多；n電子比熱容測(cè)量值只是經(jīng)典理論值的百分之一；n霍爾系數(shù)按經(jīng)典自由電子理論只能為負(fù)，但在某些金屬中發(fā)現(xiàn)有正值；n無(wú)法解釋半導(dǎo)體，絕緣體導(dǎo)電性與金屬的巨大差異。這些都表明經(jīng)典電子論的不完善，其主要原因在于它機(jī)械地搬用經(jīng)典力學(xué)去處理微觀質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，因而不能正確反映微觀質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2.量子自由電子理論量子理論的一些法則電子具有波、粒兩相性，運(yùn)動(dòng)著的電子作為物質(zhì)波，在一價(jià)金屬中，自由電子的動(dòng)能E等mv2/2.有電場(chǎng)時(shí)的E-K曲線量子自由電子理論的電阻率表達(dá)式lF為費(fèi)米面附近電子平均自由程；vF為費(fèi)米面附近電子平均運(yùn)動(dòng)速度。3.能帶理論由于周期由于周期勢(shì)場(chǎng)的存在，的存在，自由自由電子的能子的能級(jí)發(fā)生生分裂，出分裂，出現(xiàn)允允帶和禁和禁帶。周期周期場(chǎng)中中電子運(yùn)子運(yùn)動(dòng)的的E-K曲曲線及能及能帶電阻率n nef ef為單位體積內(nèi)實(shí)際參與傳導(dǎo)過(guò)程的電子數(shù)，稱為有效自由電子數(shù)。不同材料n nef ef 不同。一價(jià)金屬的n nef ef比二、三價(jià)金屬多，因此它們的導(dǎo)電性較好。m*m*表示電子的有效質(zhì)量，它是考慮晶體點(diǎn)陣對(duì)電場(chǎng)作用的結(jié)果。為散射系數(shù)，1/1/l l當(dāng)電子波通過(guò)理想晶體點(diǎn)陣(0K)時(shí),不受散射；只有晶體在點(diǎn)陣完整性遭到破壞的地方，電子波受到散射，這就是金屬產(chǎn)生電阻的根本原因。金屬產(chǎn)生電阻的根本原因。若金屬中含有少量雜質(zhì)，雜質(zhì)原子使金屬正常的結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，對(duì)電子波引起額外散射。此時(shí)散射系數(shù)與溫度成正比與雜質(zhì)濃度成正比與溫度無(wú)關(guān)此時(shí)，總電阻包括金屬的基本電阻和溶質(zhì)濃度引起的電阻。電阻率遵循馬西森定律：當(dāng)處于高溫時(shí)，金屬電阻主要由(T)主導(dǎo)；在低溫時(shí)，是主要的。在極低溫度下（4.2K)測(cè)得的金屬電阻率稱為金屬剩余電阻金屬剩余電阻率率，可作為衡量金屬純度的重要指標(biāo)。(T)與溫度有關(guān)的電阻率與雜質(zhì)濃度、點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)有關(guān)電子類載流子導(dǎo)電金屬導(dǎo)電性主要以電子、空穴作為載流子導(dǎo)電的材料，可以是金屬或半導(dǎo)體。q導(dǎo)電機(jī)制由經(jīng)典自由電子理論得到：由能帶理論得到：為考慮晶體點(diǎn)陣對(duì)電場(chǎng)作用后電子的有效質(zhì)量為Fermi面附近電子的平均自由程材料物理性能材料的電學(xué)性能當(dāng)電子波通過(guò)完整晶體點(diǎn)陣時(shí)(0K)，將不受散射，電阻為0；為無(wú)窮大；在晶體點(diǎn)陣完整性遭到破壞的地方，電子才受到散射，形成金屬的電阻?？啥x為散射系數(shù)，記為因此電阻率為與溫度成正比；雜質(zhì)原子使晶體點(diǎn)陣的周期性破壞，增加散射系數(shù)的值；材料物理性能材料的電學(xué)性能散射系數(shù)可分成兩部分：因此，電阻率記為此即為Matthiessen定律?；倦娮瑁唤饘偈Ｓ嚯娮?。根據(jù)Matthiessen定律可以測(cè)定金屬晶體的純度電學(xué)純度。指標(biāo)為：材料物理性能材料的電學(xué)性能q電阻率與溫度的關(guān)系理想金屬在0K時(shí)電阻為0，當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻隨溫度單調(diào)增加；當(dāng)有雜質(zhì)和結(jié)構(gòu)缺陷時(shí)，電阻與溫度的關(guān)系曲線發(fā)生變化。金屬的電阻率隨溫度升高而增大。在不同溫度區(qū)間，電子散射的機(jī)制不同，因此電阻與溫度的關(guān)系不同。在低溫下，“電子電子”散射對(duì)電阻的貢獻(xiàn)較為顯著；所有溫度條件下，大多數(shù)金屬的電阻都取決于“電子聲子”散射。材料物理性能材料的電學(xué)性能原子熱振動(dòng)在兩個(gè)溫度區(qū)域（以德拜溫度為臨界點(diǎn)）存在本質(zhì)差別。其電阻與溫度變化規(guī)律如下：根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)，溫度T時(shí)的電阻率可以展開(kāi)為：對(duì)于普通的非過(guò)渡族金屬，德拜溫度一般不超過(guò)500K，當(dāng)時(shí)，線性關(guān)系足夠正確：材料物理性能材料的電學(xué)性能式中，為電阻溫度系數(shù)真電阻溫度系數(shù)則為：金屬熔化時(shí)電阻發(fā)生顯著變化：材料物理性能材料的電學(xué)性能發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變時(shí)，電阻率也表現(xiàn)顯著變化：材料物理性能材料的電學(xué)性能q電阻率與壓力的關(guān)系在流體靜壓力壓縮時(shí)，金屬原子間距縮小，內(nèi)部缺陷形態(tài)、電子結(jié)構(gòu)、費(fèi)密能和能帶結(jié)構(gòu)都將發(fā)生變化，因而影響金屬的導(dǎo)電性能。在流體靜壓下，金屬的電阻率計(jì)算：按壓力對(duì)金屬導(dǎo)電性的影響，金屬分為：正常金屬：隨壓力增大，電阻率下降；反常金屬：隨壓力增大，電阻率上升；大多為堿金屬和稀土金屬材料物理性能材料的電學(xué)性能高的可以使很多物質(zhì)由半導(dǎo)體、絕緣體變?yōu)榻饘伲翰牧衔锢硇阅懿牧系碾妼W(xué)性能q冷加工和缺陷對(duì)電阻率的影響冷加工引起晶格畸變，增加電子散射幾率，導(dǎo)致金屬電阻率增加。冷加工金屬的電阻率可由Matthisessen定律表達(dá)：冷加工金屬退火后，電阻率可恢復(fù)材料物理性能材料的電學(xué)性能q冷加工和缺陷對(duì)電阻率的影響冷加工引起晶格畸變，增加電子散射幾率，導(dǎo)致金屬電阻率增加。冷加工金屬的電阻率可由Matthisessen定律表達(dá)：冷加工金屬退火后，電阻率可恢復(fù)材料物理性能材料的電學(xué)性能q電阻率的尺寸效應(yīng)導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制，為Fermi面附近電子的平均自由程材料物理性能材料的電學(xué)性能q電阻率的各向異性對(duì)稱性高的金屬的電阻表現(xiàn)為各向同性；對(duì)稱性差的晶體，其導(dǎo)電性表現(xiàn)為各向異性。材料物理性能材料的電學(xué)性能q固溶體的電阻率一般來(lái)說(shuō)，固溶體形成時(shí)，晶格勢(shì)場(chǎng)的周期性被破壞，合金的導(dǎo)電性能降低。在連續(xù)固溶體中合金成分距組元越遠(yuǎn)，電阻率越高。鐵磁性及強(qiáng)順磁性金屬固溶體的電阻率變化有異常。低濃度固溶體電阻率也可由Matthiessen定律表示為：材料物理性能材料的電學(xué)性能q化合物、中間相、多相合金的電阻率材料物理性能材料的電學(xué)性能有序轉(zhuǎn)變時(shí)，電阻率也發(fā)生變化：材料物理性能材料的電學(xué)性能導(dǎo)體中的缺陷控制方程：涉及到：電學(xué)傳熱學(xué)材料學(xué)模型簡(jiǎn)圖導(dǎo)體缺陷電壓接地電絕緣/熱絕緣相變模擬相區(qū)分模型簡(jiǎn)化，沒(méi)有考慮液化潛熱，以及相變對(duì)電場(chǎng)的影響邏輯表達(dá)式：仿真結(jié)果時(shí)溫度分布電流分布仿真結(jié)果相變?nèi)?、無(wú)機(jī)非金屬材料的導(dǎo)電機(jī)理離子電導(dǎo)是帶電荷的離子載流子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。電荷載流子一定是材料中最易移動(dòng)的離子。離子型晶體可分為兩類：材料物理性能材料的電學(xué)性能離子型晶體的導(dǎo)電機(jī)理第一類離子電導(dǎo)第一類離子電導(dǎo)源于晶體點(diǎn)陣中基本離子基本離子的運(yùn)動(dòng)，稱為離子固有電導(dǎo)或本征電導(dǎo)。本征電導(dǎo)在高溫高溫下為導(dǎo)電主要表現(xiàn)。這種離子隨著熱振動(dòng)的加劇而離開(kāi)晶格陣點(diǎn)，形成熱缺陷。這種熱缺陷無(wú)論是離子或者空位均帶電，可作為載流子，參加導(dǎo)電。第二類離子電導(dǎo)第二類離子電導(dǎo)是結(jié)合力比較弱的離子運(yùn)動(dòng)造成的，這些離子主要是雜質(zhì)離子雜質(zhì)離子，因而稱為雜質(zhì)電導(dǎo)。在低溫低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要由雜質(zhì)載流子濃度決定。由雜質(zhì)引起的電導(dǎo)率可以用下式表示，即當(dāng)材料中存在多種載流子時(shí)，材料的總電導(dǎo)率是各種電導(dǎo)率的總和，可表示為：A、B為材料常數(shù)q離子電導(dǎo)理論離子導(dǎo)電性可以認(rèn)為是離子電荷載流子在電場(chǎng)作用下，通過(guò)材料的長(zhǎng)距離的遷移。因此，電荷載流子一定是材料中最易移動(dòng)的離子。考慮離子在一維平行于x方向上移動(dòng)，那么越過(guò)能壘V的幾率P為：為與不可逆跳躍相關(guān)的適應(yīng)系數(shù)為離子在勢(shì)阱中振動(dòng)頻率。當(dāng)加上電場(chǎng)后，沿電場(chǎng)方向位壘降低，而反電場(chǎng)方向位壘將提高。材料物理性能材料的電學(xué)性能如果勢(shì)阱之間距離為b，那么，向右的勢(shì)能降低：F是作用在離子價(jià)為z的離子上的電場(chǎng)力。因此，向右運(yùn)動(dòng)的幾率為：向左運(yùn)動(dòng)的幾率為：正的遷移次數(shù)多于負(fù)的，因此，在電場(chǎng)方向上存在一平均漂移速度：材料物理性能材料的電學(xué)性能只要電場(chǎng)強(qiáng)度足夠低，那么在足夠強(qiáng)大的電場(chǎng)作用下，電流密度j為：代入P,并令材料物理性能材料的電學(xué)性能電阻率為，經(jīng)驗(yàn)公式則為，材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能由熱力學(xué)第二定律得根據(jù)此式，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定直流電導(dǎo)率得到的自由能變化研究過(guò)程的焓變和熵變。材料物理性能材料的電學(xué)性能離子電導(dǎo)與擴(kuò)散離子的尺寸和質(zhì)量都比電子大很多，其運(yùn)動(dòng)方式是從一個(gè)平衡位置跳躍到另一平衡位置，因此，離子導(dǎo)電可以看成是離子在電場(chǎng)作用下的擴(kuò)散現(xiàn)象。載流子離子濃度梯度所形成的電流密度為：當(dāng)存在電場(chǎng)E作用時(shí)，其產(chǎn)生的電流密度可用歐姆定律的微分形式表示為：總電流密度則為：材料物理性能材料的電學(xué)性能根據(jù)波爾茲曼分布，在存在電場(chǎng)時(shí)則濃度表示為因此，濃度梯度為，在熱平衡下，可以認(rèn)為，因此，可得到，此式即為能斯特愛(ài)因斯坦方程，建立了離子電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散系數(shù)D之間的關(guān)系。材料物理性能材料的電學(xué)性能能斯脫愛(ài)因斯坦方程：其中，D為擴(kuò)散系數(shù)；n為載流子單位體積濃度；q為離子電荷電量。離子導(dǎo)電是離子在電場(chǎng)作用下的擴(kuò)散現(xiàn)象，其擴(kuò)散路徑暢通，離子擴(kuò)散系數(shù)就高，導(dǎo)電率也就高。根據(jù)nq可得為離子遷移率；B為離子絕對(duì)遷移率，B/q離子電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散系數(shù)間建立聯(lián)系q離子導(dǎo)電的影響因素1)溫度的影響溫度以指數(shù)形式影響其電導(dǎo)率。隨著溫度從低溫向高溫增加，其電阻率的對(duì)數(shù)的斜率出現(xiàn)拐點(diǎn)，將整個(gè)區(qū)間分為高溫區(qū)的本征導(dǎo)電，低溫區(qū)的雜質(zhì)導(dǎo)電。材料物理性能材料的電學(xué)性能2)離子性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)的影響離子性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)對(duì)離子導(dǎo)電的影響是通過(guò)改變導(dǎo)電激活能實(shí)現(xiàn)的。熔點(diǎn)高的晶體，結(jié)合力大，相應(yīng)的導(dǎo)電激活能也高，電導(dǎo)率就低；晶體結(jié)構(gòu)的影響是提供利于離子移動(dòng)的通路。材料物理性能材料的電學(xué)性能3)點(diǎn)缺陷的影響由于熱激活，在晶體中產(chǎn)生Shottky缺陷或Frenkel缺陷，影響晶體中的擴(kuò)散系數(shù)，以至影響到固體電解質(zhì)的電導(dǎo)率。此外，環(huán)境氣氛變化，使離子型晶體的正負(fù)離子化學(xué)計(jì)量比發(fā)生變化，而生成晶格缺陷。如ZrO2中，氧的脫離形成氧空位。材料物理性能材料的電學(xué)性能q快離子導(dǎo)體(FIC)具有離子導(dǎo)電的固體物質(zhì)稱為固體電解質(zhì)。快離子導(dǎo)體電導(dǎo)率比正常離子化合物的電導(dǎo)率高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)的固體電解質(zhì)。常見(jiàn)的快離子導(dǎo)體分為三組：銀和銅的鹵族和硫族化合物金屬原子在這些化合物中鍵合位置相對(duì)隨意；具有-氧化鋁結(jié)構(gòu)的高遷移率的單價(jià)陽(yáng)離子氧化物；具有氟化鈣結(jié)構(gòu)的高濃度缺陷氧化物；材料物理性能材料的電學(xué)性能快離子導(dǎo)體的電導(dǎo)率：材料物理性能材料的電學(xué)性能快離子導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特征：1)晶體結(jié)構(gòu)的主體是由一類占有特定位置的離子構(gòu)成；2)具有大量的空位，這些空位數(shù)量遠(yuǎn)膏腴可移動(dòng)的離子數(shù)；3)亞晶格點(diǎn)陣之間具有近乎相等的能量和相對(duì)低的激活能；4)在點(diǎn)陣間總是存在通路，以至于沿著有利的路徑可以平移。材料物理性能材料的電學(xué)性能（二）玻璃的導(dǎo)電機(jī)理第二節(jié) 半導(dǎo)體的電學(xué)性能晶體結(jié)構(gòu)：材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能q半導(dǎo)體材料能帶結(jié)構(gòu)材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能直接帶隙與間接帶隙：材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能一.本征半導(dǎo)體在絕對(duì)零度和無(wú)外界影響的條件下，半導(dǎo)體的空帶中無(wú)運(yùn)動(dòng)的 電子。但當(dāng)溫度升高或受光照射時(shí)，也就是半導(dǎo)體受到熱激發(fā)熱激發(fā)時(shí)，共價(jià)鍵中的價(jià)電子由于從外界獲得了能量，其中部分獲得了足夠大能量的價(jià)電子就可以掙脫束縛，離開(kāi)原子而成為自由電子。本征半導(dǎo)體就是指純凈的無(wú)結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶。半導(dǎo)體硅The basic bond representation of intrinsic silicon.A broken bond at Position A,resulting in a conduction electron and a hole.（一）本征載流子濃度（二）本征半導(dǎo)體載流子遷移率在漂移過(guò)程中，載流子不斷地互相碰撞，使得大量載流子定向漂移運(yùn)動(dòng)的平均速度為一個(gè)恒定值，并與電場(chǎng)強(qiáng)度E E成正比。自由電子和空穴的定向平均漂移速度分別為遷移率（三）本征半導(dǎo)體的電阻率/電導(dǎo)率本征半導(dǎo)體在電場(chǎng)E作用下，空穴載流子將沿E方向作定向漂移運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生空穴電流ip；自由電子將逆電場(chǎng)方向作定向漂移運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電子電流 in?？傠娏髅芏菾為：本征半導(dǎo)體的電阻率：本征電導(dǎo)率：1)1)本征激發(fā)成對(duì)產(chǎn)生自由電子和空穴，自由電子濃度與空穴濃度相等；2)2)禁帶寬度Eg Eg 越大，載流子濃度n ni i 越小；3)3)溫度升高時(shí)載流子濃度n ni i 增大。4)4)載流子濃度n ni i 與原子密度相比是極小的，所以本征半導(dǎo) 體的導(dǎo)電能力很微弱。本征半導(dǎo)體的電學(xué)特性二.雜質(zhì)半導(dǎo)體（一）n型半導(dǎo)體 雜質(zhì)原子電子成為導(dǎo)電電子所需能量10-2ev硅原子電子成為導(dǎo)電電子所需能量常溫下，每個(gè)摻入的五價(jià)元素原子的多余價(jià)電子都可以進(jìn)入導(dǎo)帶成為自由電子，因而導(dǎo)帶中的自由電子數(shù)比本征半導(dǎo)體顯著地增多。n型半導(dǎo)體的電流密度：（二）p型半導(dǎo)體摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（硼，鋁，鎵，銦）后，三價(jià)元素原子只有三個(gè)價(jià)電子，當(dāng)其取代點(diǎn)陣中的硅原子并與周?chē)墓柙有纬晒矁r(jià)鍵時(shí)，必然缺少一個(gè)價(jià)電子，形成一個(gè)空位置。雜質(zhì)原子接受的電子能量高于價(jià)帶頂部能量，但十分接近價(jià)帶。Ea是電子從價(jià)帶跳到雜質(zhì)原子能級(jí)所需能量，稱為受主能級(jí)；三價(jià)元素原子為受主雜質(zhì)。在常溫下，處于價(jià)帶中的價(jià)電子都可以進(jìn)入受主能級(jí)。所以每一個(gè)三價(jià)雜質(zhì)元素的原子都能接受一個(gè)價(jià)電子，而在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)空穴。P P型半導(dǎo)體的電阻率為：型半導(dǎo)體的電阻率為：式中，式中，N NA A為受主雜質(zhì)濃度為受主雜質(zhì)濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體特性1)1)摻雜濃度與原子密度相比雖很微小，但是卻能使載流子濃度極大地提高，因而導(dǎo)電能力也顯著地增強(qiáng)。摻雜濃度愈大，其導(dǎo)電能力也愈強(qiáng)。2)2)摻雜只是使一種載流子的濃度增加，因此雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多子導(dǎo)電。當(dāng)摻入五價(jià)元素(施主雜質(zhì))時(shí)，主要靠自由電子導(dǎo)電；當(dāng)摻入三價(jià)元素(受主雜質(zhì))時(shí)，主要靠空穴導(dǎo)電。q半導(dǎo)體材料及應(yīng)用材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能IMPORTANTSEMICONDUCTORS:ELECTRONICS材料物理性能材料的電學(xué)性能IMPORTANTSEMICONDUCTORS:OPTOELECTRONICSCosiderations:Correctbandgap(Eg)forlightemission/detectionatappropriatewavelength.Substrateavailabilityforhighqualitygrowth.材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能q少數(shù)載流子的行為在熱平衡條件下，給定半導(dǎo)體中的電子和空穴共存，其數(shù)量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)受到能量大于帶隙的光子的輻照時(shí)，價(jià)帶的電子吸收光子能量躍遷至導(dǎo)帶，而在價(jià)帶產(chǎn)生空穴，其數(shù)量均超過(guò)熱平衡，出現(xiàn)過(guò)剩載流子。當(dāng)外界條件消除后。導(dǎo)帶中過(guò)剩載流子逐漸回到價(jià)帶中，即發(fā)生復(fù)合。一般來(lái)說(shuō)，過(guò)剩載流子的濃度按指數(shù)規(guī)律衰減：材料物理性能材料的電學(xué)性能復(fù)合幾率P為：過(guò)剩少子的復(fù)合方式：直接復(fù)合：間接復(fù)合：經(jīng)過(guò)復(fù)合中心實(shí)現(xiàn)；由雜質(zhì)和缺陷充當(dāng)復(fù)合中心。雜質(zhì)和缺陷還能起陷阱作用，延長(zhǎng)過(guò)剩載流子壽命。材料物理性能材料的電學(xué)性能q半導(dǎo)體接觸金屬半導(dǎo)體結(jié)材料物理性能材料的電學(xué)性能材料物理性能材料的電學(xué)性能P-N結(jié)p型半導(dǎo)體與n半導(dǎo)體接觸，載流子發(fā)生擴(kuò)散。材料物理性能材料的電學(xué)性能載流子發(fā)生擴(kuò)散，建立起一電場(chǎng)V0，使得擴(kuò)散過(guò)程達(dá)到平衡。接觸的pn結(jié)平衡的條件是：費(fèi)米能級(jí)達(dá)到一致。V0的大小取決于帶隙的寬度、兩種半導(dǎo)體材料的濃度及材料的溫度。材料物理性能材料的電學(xué)性能材料的超導(dǎo)性材料的超導(dǎo)性超超導(dǎo)特性特性1.1.完全抗磁性完全抗磁性當(dāng)當(dāng)超超導(dǎo)導(dǎo)體體冷冷卻卻到到臨臨界界溫溫度度以以下下而而轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉槌瑢?dǎo)導(dǎo)態(tài)態(tài)后后，只只要要周周?chē)鷩牡耐馔饧蛹哟糯艌?chǎng)場(chǎng)沒(méi)沒(méi)有有強(qiáng)強(qiáng)到到破破壞壞超超導(dǎo)導(dǎo)性性的的程程度度，超超導(dǎo)導(dǎo)體體就就會(huì)會(huì)把把穿穿透透到到體體內(nèi)內(nèi)的的磁磁力力線線完完全全排排斥斥出出體體外外，在在超超導(dǎo)導(dǎo)體體內(nèi)內(nèi)永永遠(yuǎn)遠(yuǎn)保保持持磁磁感感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度度為為零零。超超導(dǎo)導(dǎo)體體的的這這種種特特殊殊性性質(zhì)質(zhì)被被稱稱為為“邁邁斯斯納納效效應(yīng)應(yīng)”。邁邁斯斯納納效效應(yīng)應(yīng)與與零零電電阻阻現(xiàn)現(xiàn)象象是是超超導(dǎo)導(dǎo)體體的的兩兩個(gè)個(gè)基基本本特特性性，它它們們既既互互相相獨(dú)獨(dú)立立，又又密密切聯(lián)系。切聯(lián)系。超超導(dǎo)特性特性2 2.超導(dǎo)態(tài)的臨界參數(shù)超導(dǎo)態(tài)的臨界參數(shù) 溫溫度度（T TC C）超超導(dǎo)導(dǎo)體體必必須須冷冷卻卻至至某某一臨界溫度以下才能保持其超導(dǎo)性。一臨界溫度以下才能保持其超導(dǎo)性。臨臨界界電電流流密密度度（J JC C）通通過(guò)過(guò)超超導(dǎo)導(dǎo)體體的的電電流流密密度度必必須須小小于于某某一一臨臨界界電電流流密密度度才能保持超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。才能保持超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。臨臨界界磁磁場(chǎng)場(chǎng)（H HC C）施施加加給給超超導(dǎo)導(dǎo)體體的的磁磁場(chǎng)場(chǎng)必必須須小小于于某某一一臨臨界界磁磁場(chǎng)場(chǎng)才才能能保保持持超超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。導(dǎo)體的超導(dǎo)性。以以上上三三個(gè)個(gè)參參數(shù)數(shù)彼彼此此關(guān)關(guān)聯(lián)聯(lián)，其其相相互互關(guān)關(guān)系系如如右圖所示。右圖所示。超超導(dǎo)體分體分類目前已查明在常壓下具目前已查明在常壓下具有超導(dǎo)電性的元素金屬有超導(dǎo)電性的元素金屬有有3232種（如右圖元素周種（如右圖元素周期表中期表中青色方框青色方框所示），所示），而在高壓下或制成薄膜而在高壓下或制成薄膜狀時(shí)具有超導(dǎo)電性的元狀時(shí)具有超導(dǎo)電性的元素金屬有素金屬有1414種（如右圖種（如右圖元素周期表中元素周期表中綠色方框綠色方框所示所示）。）。第第I I類超導(dǎo)體類超導(dǎo)體第第I類超超導(dǎo)體體主要包括一些在常溫下具有良好主要包括一些在常溫下具有良好導(dǎo)電性的性的純金屬，如金屬，如鋁、鋅、鎵、鎘、鎘、錫、銦等，等，該類超超導(dǎo)體的溶點(diǎn)體的溶點(diǎn)較低、低、質(zhì)地地較軟，亦被稱作，亦被稱作“軟超超導(dǎo)體體”。其特征是由正常其特征是由正常態(tài)過(guò)渡到超渡到超導(dǎo)態(tài)時(shí)沒(méi)有中沒(méi)有中間態(tài)，并且具有完全抗磁性。，并且具有完全抗磁性。第第I類超超導(dǎo)體由于其體由于其臨界界電流密度和流密度和臨界磁界磁場(chǎng)較低，因而沒(méi)有很好的低，因而沒(méi)有很好的實(shí)用價(jià)用價(jià)值。超超導(dǎo)體分體分類超超導(dǎo)體分體分類第第IIII類超導(dǎo)體類超導(dǎo)體除除金金屬屬元元素素釩、锝和和鈮外外，第第II類超超導(dǎo)體體主主要要包包括括金金屬屬化化合合物物及及其其合合金金。第第II類超超導(dǎo)體和第體和第I類超超導(dǎo)體的區(qū)體的區(qū)別主要在于主要在于：1)1)第第II類超超導(dǎo)體由正常體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時(shí)有一個(gè)中有一個(gè)中間態(tài)（混合（混合態(tài)）第第II類超超導(dǎo)體的混合體的混合態(tài)中有磁通中有磁通線存在，而第存在，而第I類超超導(dǎo)體沒(méi)有；體沒(méi)有；第第II類超超導(dǎo)體比第體比第I類超超導(dǎo)體有更體有更好的好的實(shí)用價(jià)用價(jià)值第第II類超超導(dǎo)體根據(jù)其是否具有體根據(jù)其是否具有磁通磁通釘扎中心扎中心而分而分為理想第理想第II類超超導(dǎo)體和非理體和非理想第想第II類超超導(dǎo)體體。理想第理想第II類超超導(dǎo)體的體的晶體晶體結(jié)構(gòu)比構(gòu)比較完整完整，不存在磁通，不存在磁通釘扎中心，并且當(dāng)磁通扎中心，并且當(dāng)磁通線均勻排列均勻排列時(shí)，在磁通，在磁通線周周?chē)牡臏u旋旋電流將彼此抵消，其體內(nèi)無(wú)流將彼此抵消，其體內(nèi)無(wú)電流通流通過(guò)，從而不具有高從而不具有高臨界界電流密度。流密度。非理想第非理想第II類超超導(dǎo)體的體的晶體晶體結(jié)構(gòu)存在缺陷，構(gòu)存在缺陷，并且存在磁通并且存在磁通釘扎中心，其體內(nèi)扎中心，其體內(nèi)的磁通的磁通線排列不均勻，體內(nèi)各排列不均勻，體內(nèi)各處的的渦旋旋電流不能完全抵消，出流不能完全抵消，出現(xiàn)體內(nèi)體內(nèi)電流，流，從而具有高從而具有高臨界界電流密度。在流密度。在實(shí)際上，真正適合于上，真正適合于實(shí)際應(yīng)用的超用的超導(dǎo)材料是材料是非理想第非理想第II類超超導(dǎo)體。體。超超導(dǎo)體分體分類超導(dǎo)體超導(dǎo)體大多數(shù)高純金屬冷至接近大多數(shù)高純金屬冷至接近0 K時(shí)，其電阻時(shí)，其電阻漸漸降低而趨于一個(gè)較小的極限值。但有漸漸降低而趨于一個(gè)較小的極限值。但有少數(shù)材料降至一個(gè)很低的溫度時(shí)其電阻突少數(shù)材料降至一個(gè)很低的溫度時(shí)其電阻突降并趨近于零，這種材料就叫做超導(dǎo)體，降并趨近于零，這種材料就叫做超導(dǎo)體，此溫度就稱為臨界溫度此溫度就稱為臨界溫度Tc。約瑟夫遜器件 約瑟夫遜器件的I/V特性依照超導(dǎo)體對(duì)磁場(chǎng)的反應(yīng)，可將其分為兩種類型。依照超導(dǎo)體對(duì)磁場(chǎng)的反應(yīng)，可將其分為兩種類型。類超導(dǎo)體在超導(dǎo)狀態(tài)下是抗磁性的，即不被外界磁場(chǎng)類超導(dǎo)體在超導(dǎo)狀態(tài)下是抗磁性的，即不被外界磁場(chǎng)磁化。但是在低于臨界溫度磁化。但是在低于臨界溫度Tc時(shí)外磁場(chǎng)大于臨界磁場(chǎng)強(qiáng)時(shí)外磁場(chǎng)大于臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度度Hc后，材料由超導(dǎo)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌?dǎo)狀態(tài)，磁力線也由后，材料由超導(dǎo)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌?dǎo)狀態(tài)，磁力線也由繞過(guò)物體到穿過(guò)物體。繞過(guò)物體到穿過(guò)物體。類超導(dǎo)體則在磁場(chǎng)大于類超導(dǎo)體則在磁場(chǎng)大于HC1后開(kāi)始能被磁力線穿越，到后開(kāi)始能被磁力線穿越，到HC2后則處于常到狀態(tài)，能完全被磁力先穿越。這類超導(dǎo)后則處于常到狀態(tài)，能完全被磁力先穿越。這類超導(dǎo)材料由于有較高的材料由于有較高的Tc，故更有實(shí)用意義一些。目前，以故更有實(shí)用意義一些。目前，以Nb合金為主，特別是合金為主，特別是Nb3Sn。近年來(lái)，研究工作者發(fā)現(xiàn)，原來(lái)是絕緣體的某幾種陶瓷材近年來(lái)，研究工作者發(fā)現(xiàn)，原來(lái)是絕緣體的某幾種陶瓷材料在較低的溫度下竟然成了導(dǎo)體，而且它們的臨界溫度料在較低的溫度下竟然成了導(dǎo)體，而且它們的臨界溫度Tc還高于普通的超導(dǎo)體，這類陶瓷就被稱為高溫超導(dǎo)體。如還高于普通的超導(dǎo)體，這類陶瓷就被稱為高溫超導(dǎo)體。如Yba2Cu3O7的的Tc在在90 K左右。高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)極大地鼓左右。高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)極大地鼓舞了超導(dǎo)體的應(yīng)用研究，可以期望不久的將來(lái)高溫超導(dǎo)的舞了超導(dǎo)體的應(yīng)用研究，可以期望不久的將來(lái)高溫超導(dǎo)的實(shí)際應(yīng)用會(huì)愈加廣泛。下表中也列出了主要的高溫超導(dǎo)材實(shí)際應(yīng)用會(huì)愈加廣泛。下表中也列出了主要的高溫超導(dǎo)材料的參數(shù)。料的參數(shù)。幾種常見(jiàn)超導(dǎo)體的臨界溫度和臨界磁感應(yīng)強(qiáng)度幾種常見(jiàn)超導(dǎo)體的臨界溫度和臨界磁感應(yīng)強(qiáng)度材料材料臨界溫度臨界溫度TC(K)臨界磁感應(yīng)強(qiáng)度臨界磁感應(yīng)強(qiáng)度 BC（特斯拉）特斯拉）Sn3.720.0305Pb7.190.0803Nb-Zr合金合金10.811Nb-Ti合金合金10.212Nb3Sn18.322Yba2Cu3O792Bi2Sr2Ca2Cu3O10110對(duì)于一種超導(dǎo)材料，當(dāng)它處于一個(gè)低于臨界溫度對(duì)于一種超導(dǎo)材料，當(dāng)它處于一個(gè)低于臨界溫度Tc的溫度的溫度T時(shí)，其臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，其臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc(T)與溫度有關(guān)，具體關(guān)系如下：與溫度有關(guān)，具體關(guān)系如下：Hc(0)是是0K時(shí)的臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度。時(shí)的臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度。目前，超導(dǎo)材料已開(kāi)始用于一些儀器設(shè)備上，作為低功耗目前，超導(dǎo)材料已開(kāi)始用于一些儀器設(shè)備上，作為低功耗的強(qiáng)磁體器件，如醫(yī)療用磁共振圖象儀等。的強(qiáng)磁體器件，如醫(yī)療用磁共振圖象儀等。此外，利用超導(dǎo)材料可在超導(dǎo)體電機(jī)、磁懸浮列車(chē)等方面此外，利用超導(dǎo)材料可在超導(dǎo)體電機(jī)、磁懸浮列車(chē)等方面應(yīng)用。應(yīng)用。小結(jié)n1、超導(dǎo)特性超導(dǎo)特性:1.完全抗磁性在超導(dǎo)體內(nèi)永遠(yuǎn)保持磁感應(yīng)完全抗磁性在超導(dǎo)體內(nèi)永遠(yuǎn)保持磁感應(yīng)強(qiáng)度為零邁斯納效應(yīng)與零電阻現(xiàn)象是超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特強(qiáng)度為零邁斯納效應(yīng)與零電阻現(xiàn)象是超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特性性2.超超導(dǎo)導(dǎo)態(tài)態(tài)的的臨臨界界參參數(shù)數(shù)溫溫度度（TC），臨臨界界電電流流密密度度（JC）,臨臨界磁場(chǎng)（界磁場(chǎng)（HC）.3、超超導(dǎo)導(dǎo)體體分分類類:第第I類類超超導(dǎo)導(dǎo)體體主主要要包包括括一一些些在在常常溫溫下下具具有有良良好好導(dǎo)導(dǎo)電電性性的的純純金金屬屬,亦亦被被稱稱作作“軟軟超超導(dǎo)導(dǎo)體體”第第I類類超超導(dǎo)導(dǎo)體體由由于于其其臨臨界界電電流流密密度度和和臨臨界界磁磁場(chǎng)場(chǎng)較較低低，因因而而沒(méi)沒(méi)有有很很好好的的實(shí)實(shí)用用價(jià)價(jià)值值。第第II類類超超導(dǎo)導(dǎo)體體根根據(jù)據(jù)其其是是否否具具有有磁磁通通釘釘扎扎中中心心而而分分為為理理想想第第II類類超超導(dǎo)導(dǎo)體體和和非非理理想想第第II類類超超導(dǎo)導(dǎo)體體,理理想想第第II類類超超導(dǎo)導(dǎo)體體的的晶晶體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)比比較較完完整整,非非理理想想第第II類類超超導(dǎo)導(dǎo)體體的的晶晶體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)存存在在缺陷，缺陷，實(shí)際應(yīng)用的超導(dǎo)材料是非理想第實(shí)際應(yīng)用的超導(dǎo)材料是非理想第II類超導(dǎo)體。類超導(dǎo)體。4、高溫超導(dǎo)體。如高溫超導(dǎo)體。如Yba2Cu3O7的的Tc在在90 K左右。左右。第三節(jié) 絕緣體的電學(xué)性能絕緣體是指不善于傳導(dǎo)電流的物質(zhì)，又稱為電介質(zhì)。它們的電阻率極高。評(píng)價(jià)絕緣材料的主要電學(xué)性能指標(biāo)：評(píng)價(jià)絕緣材料的主要電學(xué)性能指標(biāo)：(1)(1)介電常數(shù)，(2)(2)耐電強(qiáng)度，(3)(3)損耗因數(shù)，(4)(4)體電阻率和表面電阻率，其中前三項(xiàng)屬介電性，后者屬于導(dǎo)電性。材料電性能測(cè)量及應(yīng)用q材料電性能測(cè)量電阻的測(cè)量方法很多，一般都是根據(jù)測(cè)量的需要利具體的測(cè)試條件來(lái)選擇不同的測(cè)試方法。按測(cè)量的范圍或測(cè)量的準(zhǔn)確度要求來(lái)分類：對(duì)107以上較大的電阻(俗稱高阻)，如材料的絕緣電阻的測(cè)量，粗測(cè)時(shí)，可選用兆歐表(俗稱搖表)；要求精測(cè)時(shí)，可選用沖擊檢流計(jì)測(cè)量。102106的中值電阻測(cè)量時(shí)，可選用萬(wàn)用表?yè)?、?shù)字式歐姆表或伏安法測(cè)量，精測(cè)時(shí)可選用單電橋法測(cè)量；10-6102的電阻的測(cè)量，如金屬及其合金電阻的測(cè)量，必須采用較精確的測(cè)量，可選用雙電橋法或直流電位差計(jì)法測(cè)量；對(duì)半導(dǎo)體材料電阻的測(cè)量用直流四探針?lè)?。材料物理性能材料的電學(xué)性能導(dǎo)體電阻率測(cè)量因?yàn)榻饘偌昂辖鸬碾娮杪室话愣己苄?，即使再紉再長(zhǎng)的試樣電阻也不會(huì)超過(guò)106，故可采用單電橋法測(cè)量。無(wú)論是單臂電橋、雙臂電橋還是直流電位差計(jì)，都是屬于比較法測(cè)量，即把待測(cè)量與已知量(標(biāo)準(zhǔn)量)采用某種方式進(jìn)行比較而獲得測(cè)量結(jié)果。雙電橋法：材料物理性能材料的電學(xué)性能導(dǎo)體電阻率測(cè)量雙電橋法：材料物理性能材料的電學(xué)性能電位差計(jì)法當(dāng)一恒定直流電通過(guò)試樣和標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)，測(cè)定試樣和標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓降，材料物理性能材料的電學(xué)性能半導(dǎo)體電阻率測(cè)量材料物理性能材料的電學(xué)性能測(cè)量原理：點(diǎn)電流源周?chē)碾娏鞣植迹弘妶?chǎng)強(qiáng)度分布：任意一點(diǎn)的電勢(shì)：由2、3兩點(diǎn)之間的電位差可得：探針系數(shù)材料物理性能材料的電學(xué)性能若四探針處于同一平面的一條直線上，且間距均為S，則有：材料物理性能材料的電學(xué)性能絕緣體電阻率測(cè)量Cb為沖擊檢流計(jì)的沖擊常數(shù)為檢流計(jì)的最大偏移材料物理性能材料的電學(xué)性能q電阻法分析在材料研究中的應(yīng)用通過(guò)測(cè)量材料電阻率變化來(lái)研究材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及缺陷的方法稱為電阻法。用電阻分析法來(lái)研究材料的成分、結(jié)構(gòu)和組織變化的靈敏度很高，它能極敏感地反映出材料內(nèi)部的微弱變化。但由于影響電阻的因素較多，測(cè)量結(jié)果不太容易分析，故此法尚有一些不足，但由于很容易對(duì)材料的許多物理過(guò)程進(jìn)行電阻的跟蹤測(cè)量，故此方法仍然是應(yīng)用較廣的一種方法。電阻分析法可研究的問(wèn)題較多。材料物理性能材料的電學(xué)性能測(cè)量固溶體溶解度曲線材料物理性能材料的電學(xué)性能對(duì)所有淬火溫度，作出電阻率成分關(guān)系曲線，找出相應(yīng)的臨界點(diǎn)，即為相應(yīng)的最大溶解度，將這些點(diǎn)在溫度一成分坐標(biāo)中連接起來(lái)，就得到了溶解度曲線。材料物理性能材料的電學(xué)性能研究合金時(shí)效從固溶體電阻變化特性可知，隨溫度升高，固溶體溶解反增加。如果進(jìn)行高溫淬火，使得到過(guò)飽和固溶體，其電阻也將升高。當(dāng)進(jìn)行時(shí)效處理時(shí)，從過(guò)飽和固溶體中析出新相，此時(shí)合金電阻率下降。這樣，便可根據(jù)電阻率變化特性研究合金時(shí)效過(guò)程，建立合金的時(shí)效動(dòng)力學(xué)曲線。材料物理性能材料的電學(xué)性能研究馬氏體轉(zhuǎn)變對(duì)熱彈馬氏體相變研究表明，在降溫進(jìn)行正馬氏體相變及升溫進(jìn)行反馬氏體相變過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)電阻有反常變化。一般來(lái)說(shuō)形成馬氏體時(shí)，合金電阻急劇增加；馬氏體消失，電阻下降。因此從電阻變化的特點(diǎn)可以確定熱彈馬氏體相變的溫度范圍。材料物理性能材料的電學(xué)性能研究疲勞和裂紋擴(kuò)展在一定條件下，試樣電阻變化是微裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度的函數(shù)，因此，用電阻法可以定量地確定微裂紋擴(kuò)展深度。材料物理性能材料的電學(xué)性能