《材料物理性能》測試題匯

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1、《材料物理性能》測試卷 1、利用熱膨脹曲線確定組織轉(zhuǎn)變臨界點通常采取的兩種方法是： 、 2、列舉三種你所知道的熱分析方法： 、 、 3、磁各向異性一般包括、 、等。 4、熱電效應包括效應、效應、效應，半導體制冷利用的是效應。 5、產(chǎn)生非線性光學現(xiàn)象的三個條件是、 、 。 6、激光材料由和組成，前者的主要作用是為后者提供一個合適的晶格場。 7、壓電功能材料一般利用壓電材料的功能、功能、功能、功能或功能。 8、拉伸時彈性比功的計算式為，從該式看，提高彈性比功的途徑有二：或，作為減振或儲能元件，應具有彈性比功。 9、粘著磨損的形貌特征是，磨粒磨損的形貌特征是。 10、材料在恒變形

2、的條件下，隨著時間的延長，彈性應力逐漸的現(xiàn)象稱為應力松弛，材料抵抗應力松弛的能力稱為。 1、導溫系數(shù)反映的是溫度變化過程中材料各部分溫度趨于一致的能力。 （） 2、只有在高溫且材料透明、半透明時，才有必要考慮光子熱導的貢獻。 （） 3、原子磁距不為零的必要條件是存在未排滿的電子層。 （ ） 4、量子自由電子理論和能帶理論均認為電子隨能量的分布服從 FD分布。（） 5、由于晶格熱振動的加劇，金屬和半導體的電阻率均隨溫度的升高而增大。（ ） 6、直流電位差計法和四點探針法測量電阻率均可以消除接觸電阻的影響。（ ） 7、由于嚴格的對應關系，材料的發(fā)射光譜等于其吸收光譜。 （） 8、

3、凡是鐵電體一定同時具備壓電效應和熱釋電效應。 （ ） 9、硬度數(shù)值的物理意義取決于所采用的硬度實驗方法。 （） 10、對于高溫力學性能，所謂溫度高低僅具有相對的意義。 （ ） 1、關于材料熱容的影響因素，下列說法中不正確的是 （ ） A 熱容是一個與溫度相關的物理量，因此需要用微分來精確定義。 B 實驗證明，高溫下化合物的熱容可由柯普定律描述。 C 德拜熱容模型已經(jīng)能夠精確描述材料熱容隨溫度的變化。 D 材料熱容與溫度的精確關系一般由實驗來確定。 2、 關于熱膨脹，下列說法中不正確的是 A 各向同性材料的體膨脹系數(shù)是線膨脹系數(shù)的三倍。 B 各向異性材料的體膨脹系數(shù)等于三個晶軸

4、方向熱膨脹系數(shù)的加和。 C 熱膨脹的微觀機理是由于溫度升高，點缺陷密度增高引起晶格膨脹。 D 由于本質(zhì)相同，熱膨脹與熱容隨溫度變化的趨勢相同。 3、下面列舉的磁性中屬于強磁性的是 （ ） A 順磁性 B 亞鐵磁性 C 反鐵磁性 D 抗磁性 4、關于影響材料鐵磁性的因素，下列說法中正確的是 （ ） A溫度升高使得 M Br、比均降低。 B 溫度升高使得 M、R降低，比升高。 C冷塑性變形使得和%均升局。d冷塑性變形使得和汽均降低。 5、下面哪種效應不屬于半導體敏感效應。 （ ） A 磁敏效應 B 熱敏效應 C 巴克豪森效應 D 壓敏效應 6、關于影響材料導電性的因素，下列說法

5、中正確的是 （ ） A 由于晶格振動加劇散射增大，金屬和半導體電阻率均隨溫度上升而升高。 B 冷塑性變形對金屬電阻率的影響沒有一定規(guī)律。 C “熱塑性變形＋退火態(tài)的電阻率”的電阻率高于“熱塑性變形＋淬火態(tài)” D 一般情況下，固溶體的電阻率高于組元的電阻率。 7、下面哪種器件利用了壓電材料的熱釋電功能（ ） A 電控光閘 B 紅外探測器 C 鐵電顯示器件 D 晶體振蕩器 8、下關于鐵磁性和鐵電性，下面說法中不正確的是 （ ） A 都以存在疇結(jié)構(gòu)為必要條件 B 都存在矯頑場 C 都以存在疇結(jié)構(gòu)為充分條件 D 都存在居里點 9、下列硬度實驗方法中不屬于靜載壓入法的是 （ ）

6、 A布氏硬度 B 肖氏硬度 C 洛氏硬度 D 顯微硬度 10、關于高溫蠕變性能，下列說法中不正確的是 （） A蠕變發(fā)生的機理與應力水平無關。 B 粗化晶粒是提高鋼持久強度的途徑之一。 C松弛穩(wěn)定性可以評價材料的高溫預緊能力。 D蠕變的熱激活能與材料的化學成分有關。

7、 四、簡答題（每題 6分，共30分）： 1、以杜隆-珀替定律為例，簡要回答熱容模型的推導步驟。 2、直接交換作用是如何解釋自發(fā)磁化現(xiàn)象的？ 3、什么是霍耳效應，簡要回答其在電學性能中的應用。 4、如何理解反射系數(shù)和折射率的關系？ 5、以BaTiO3晶體為例，簡要說明熱運動引起的自發(fā)極化。 鐵磁性材料的技術磁化過程分為哪幾個階段，請用簡圖表示并用文字簡單說明各階段的含義，指出如何從該圖求得自發(fā)磁化強度。 壓電體：某些電介質(zhì)施加機械力而引起它們內(nèi)部正負電荷中心相對位移， 產(chǎn)生極化，從而導致介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號相反的束縛電荷。 在一定應力范圍內(nèi)，機械力與電荷呈線性可逆關系這類物質(zhì)

8、 導體：在外電場的作用下，大量共有化電子很易獲得能量，集體定向流動形成電流的物體 半導體：能帶結(jié)構(gòu)的滿帶與空帶之間也是禁帶，但是禁帶很窄，導電性能介于導體和半導體之間的物體 絕緣體：在外電場的作用下，共有化電子很難接受外電場的能量，難以導通電流的物體 熱電效應：當材料存在電位差時會產(chǎn)生電流，存在溫度差時會產(chǎn)生熱流的這種現(xiàn)象 電光效應：鐵電體的極化能隨 E而改變，因而晶體的折射率也將隨 E改變，這種由外電場引起晶體折射率的變化 一般吸收：在光學材料中，石英對所有可見光幾乎都透明的，在紫外波段也有很好的透光性能，且吸收系數(shù)不變的這種現(xiàn)象 選擇吸收：對于波長范圍為 3.5-5.0 口的紅

9、外光卻是不透明的，且吸收系數(shù)隨波長劇烈變化的這種現(xiàn)象 發(fā)光效率：發(fā)光體把受激發(fā)時吸收的能量轉(zhuǎn)換為光能的能力 受激輻射：當一個能量滿足hv=E2-E1的光子趨近高能級 E2的原子時，入射的光子誘導高能級原子發(fā)射一個和自己性質(zhì)完全相同的光子 的過程 因瓦效應：將與因瓦反常相關聯(lián)的其它物理特性的反常行為 簡答題 電介質(zhì)導電的概念、詳細類別、來源。 概念：并不是所有的電介質(zhì)都是理想的絕緣體，在外電場作用下，介質(zhì)中都會有一個很小的電流 類別：一類是源于晶體點陣中基本離子的運動，稱為離子固有電導或本征電導，這種電導是熱缺陷形成的，即是由離子自身隨著熱運動 的加劇而離開晶格點陣形成。另一類是源

10、于結(jié)合力較弱的雜質(zhì)離子的運動造成的，稱為雜質(zhì)電導 來源（導電方式）：電子與空穴（電子電導）；移動額正負離子電導（離子電導） 。對于離子電導，必須需要指出的是：在較低場強下， 存在離子電導；在高場強下，呈現(xiàn)電子電導。 硬磁材料與軟磁材料各自的特點與區(qū)別。 軟磁材料：磁滯回線瘦長， 科高、Ms高、Hc小、Mr低，如變壓器鐵芯，常用材料如工業(yè)純鐵、硅鐵、鐵饃合金、鐵鉆合金等。 硬磁（永磁）材料：磁滯回線短粗， 科低、Hc與Mr高，常用材料如鐵氧體、鋁饃、稀土鉆、稀土饃合金等， 80年代發(fā)展的Nd-Fe-B 系合金 Mr/Ms接近于1的矩形回線材料即矩磁材料是理想的磁記錄材料。 請簡要

11、回答熱電性的三個基本熱電效應。 電滯回線的各個物理量的名稱和物理意義。 極化強度P,外加電場E,飽和極化強度 Ps,剩余極化強度 磁滯回線的各個物理量的名稱和物理意義。 Hs稱為使磁化強度達到飽和時的磁場強度，飽和磁感應強度 降至0,必須施加一反向磁場— Hc, Hc稱為磁矯頑力， Pr,矯頑電場強度Ec Bs, Ms稱為飽和磁化強度, Mr稱為剩余 O 0 磁化強度，要使M 請基于磁化率給物質(zhì)磁性分類，并說明各類的物質(zhì)磁化難以程度。 簡要回答物質(zhì)磁性的來源 任何物質(zhì)由原子組成，原子又有帶正電的原子核（核子）和帶負日 動，電子又沿一定軌道繞核子做循規(guī)運動。它們的這些

12、運動形成上 材料磁性的本源是：材料內(nèi)部電子的循規(guī)運動和自旋運動。 為什么自發(fā)磁化要分很多的磁疇。 交換能力圖使整個晶體自發(fā)磁化至飽和， 磁化方向沿著晶體易磁化方向， 就使交換能和各向異性能都達到最小值。 但必然在端面處產(chǎn)生 磁極，形成退磁化場，增加了退磁場能，從而將破壞已形成的自發(fā)磁化，相互作用的結(jié)果使大磁疇分割為小磁疇，即減少退磁能是分疇 的基本動力。分疇后退磁能雖減小，但增加了疇壁能，使得不能無限制分疇。當疇壁能與退磁能之和最小時，分疇停止。 （局部的退磁 場作用下，出現(xiàn)三角形疇（副疇，塞漏疇） ，與主磁疇路閉合，減少了退磁能，但增加各向異性能、磁彈性能） 正常情況下，為什么半

13、導體材料的電阻隨著溫度的升高而降低。 構(gòu)成。核子和電子本 ,從而產(chǎn)生磁矩。 身都在做自旋運 113 3.7反的觸化曲線號速滯回蝮  載流子密度 32 Eg n Pi KiT exp 2kT 正常情況下, 2m- 1/ 丁 ne 為什么金屬的電導率隨著溫度的升高而降低。 金屬材料隨溫度升高，離子熱振動的振幅增大，電子就愈易受到散射，可認為W與溫度成正比，則p也與溫度成正比。 影響金屬導電性的因素有哪些。 為什么金屬化合物的導電性要低于單一金屬，請基于電離勢能方面的差異進行簡要說明。 （1）晶體點陣畸變；（2）雜質(zhì)對理想晶體的破壞；（3）影響了能帶結(jié)構(gòu)，移動費

14、 M面及電子能態(tài)密度和有效電導電子數(shù)； （4）影響了 彈性常數(shù)。過渡金屬與貴金屬兩組元固溶時：電阻異常高，原因它們的價電子可以轉(zhuǎn)移到過渡金屬的尚未被填滿的 d-或f-殼層中，從 而使有效電導的電子數(shù)目減少。原子鍵合的方式發(fā)生了變化，其中至少一部分由金屬鍵變?yōu)楣矁r鍵獲離子鍵，使導電電子減少。 超導體為什么具有完全的抗磁性。 這是由于外磁場在試樣表面感應產(chǎn)生一個感應電流，此電流由于所經(jīng)路徑電阻為 0,故它所產(chǎn)生的附加磁場總是與外磁場大小相等，方 向相反，因而使超導體內(nèi)的合成磁場為零。由于此感應電流能將外磁場從超導體內(nèi)擠出，故稱抗磁感應電流，又因其能起著屏蔽磁場的 作用，又稱屏蔽電流。

15、簡述本證硅的導電機理。 導電機理：在熱、光等外界條件的影響下，滿帶上的價電子獲得足夠的能量，躍過禁帶躍遷至空帶而成為自由電子，同時在滿帶中留下 電子空穴，自由電子和電子空穴在外加電場的作用下定向移動形成電流。 簡述硅中摻雜硼的導電機理（要有示意圖） 在本征半導體中，摻入 3價元素的雜質(zhì)（硼，鋁，錢，錮），就可以使晶體中空穴濃度大 價元素的原子只有 3個價電子，當它頂替晶格中的一個 4價元素原子，并與周圍的 組成4個共價鍵時，缺少一個價電子， 形成一個空位。因為，3價元素形成的空位能級非 的能量，在價電子共有化運動中，相鄰的原子上的價電子就很容易來填補這個空位（較 上的空帶容易的多

16、），從而產(chǎn)生一個空穴。所以每一個三價雜質(zhì)元素的原子都能接受一個 帶中產(chǎn)生一個空穴。 簡述硅中摻雜神的導電機理（要有示意圖） 本征半導體中摻入 5價元素（磷，神，睇）就可使晶體中的自由電子的濃度極大地增加。 的原子有5個價電子，當它頂替晶格中的一個 4價元素的原子時，余下了 1個價電子變 子的能級非?？拷鼘У祝浅Ｈ菀走M入導帶成為自由電子，因而導帶中的自由電子較 著增多，導電性能大幅度提高。 簡述介質(zhì)損耗的幾種形式及造成這幾種損耗的原因。 介質(zhì)損耗形式： 4個 大增加。因為3 硅（或錯）原子 ?？拷鼉r帶頂 躍遷至禁帶以 價電子，而在價 因為5價元素 成多余的，此電 本征半導體

17、顯 1）電導（或漏導）損耗 實際使用的電介質(zhì)都不是理想的絕緣體，都或多或少地存在一些弱聯(lián)系帶電離子或空穴，在 導電流，發(fā)熱，產(chǎn)生損耗。 作用下產(chǎn)生漏 低場強下，存在離子電導（本征電導和雜質(zhì)電導） 2）極化損耗 方面：極化過程中離子要在 另一方面：松弛極化建立時間較長，極化跟不上外 ;高場強下，電子電導。 E作用下克服熱運動消耗能量，引起損耗。 E的變化（特別是交流頻率較高時），所造成的電矩往往滯后于 E, 極化引起的極化電荷未達最大，當 E開始減小時，極化仍繼續(xù)增至最大值后才開始減小，當 E為。時，極化尚未完全消除, E達最大時, 當夕卜 E反向 時，極板上遺留的

18、部分電荷中和了電源對極板充電的部分電荷，并以熱的形式散發(fā)，產(chǎn)生損耗。 3）電離損耗 又稱游離損耗，是氣體引起的，含氣孔的固體電介質(zhì)， 外E大于氣體電離所需的 E時，氣體發(fā)生電離吸收能量， 造成損耗。 剩余極化的形成過程。 鐵電疇在外電場作用下，總是要趨于與外電場方向一致，這稱為電疇的 轉(zhuǎn)向”。實際上電疇運動是通過在外電場作用下新疇的出現(xiàn)、發(fā) 展以及疇壁的移動來實現(xiàn)的，而且由于轉(zhuǎn)向時引起較大內(nèi)應力，所以這種轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定。當外加電場撤去后，則有小部分電疇偏離極化方 向，恢復原位，而大部分電疇則停留在新轉(zhuǎn)向的極化方向上，這叫剩余極化。 鐵電疇轉(zhuǎn)向過程，包括在疇壁附近的作用過程。 在外電場的

19、推動下，電疇會隨外電場方向出現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動。其運動過程分為新疇成核、發(fā)展和疇壁移動來實現(xiàn)。 1 8 0。疇：反向電場一一（邊沿，缺陷處即成核）新疇 一一尖劈狀的新疇向前端發(fā)展（因1 8 0。疇前移速度快幾個 數(shù)量級），1 8 00疇不產(chǎn)生應力（因自發(fā)極化反平行） ，一般需耗較大電場能。 9 0。疇：對于9 0。疇的“轉(zhuǎn)向”雖然也產(chǎn)生針狀電疇，但是主要是通過9 00疇的側(cè)向運動來實現(xiàn)。但因晶軸的長縮方向不一致， 而產(chǎn)生應力并引起近鄰晶胞承受壓力。 為什么鐵電單晶剩余極化值比鐵電陶瓷高。 實際的鐵電體中，必然同時存在9 00疇和1 8 0°疇，并且相互影響，相互牽制。尤其多晶陶瓷中雜質(zhì)，缺

20、陷，晶粒間界，空間電荷 的存在將給電疇的轉(zhuǎn)向帶來電的或機械應力方面的影響，故鐵電陶瓷在外電場作用下的定向移動率，通常比鐵電單晶的定向率低的多 壓電體產(chǎn)生壓電效應的機制是什么 ，請簡要畫出壓電效應的機理示意圖。 因為機械作用（應力與應變）引起了晶體介質(zhì)的極化，從而導致介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號相反的束縛電荷。 壓電效⑶利LF,小意圖 綜合題 引起電介質(zhì)擊穿的形式及其對應物理機制。 擊穿形式：1 ）電擊穿 是一電過程，僅有電子參與。過程：強電場作用下，少數(shù)能量高的 自由電子”，沿反電場方向運動，形成電 流（漏電流），其運動過程中不斷碰撞介質(zhì)內(nèi)的離子，并將其部分能量傳遞給離子。當外電壓

21、足夠高時， 自由電子”速度超過某一臨界 值，就使被撞擊的離子電離出一些新電子， 即成為 次級電子”，原自由電子與次級電子又從電場中獲得能量而加速， 又撞擊出三級電子, 這樣連鎖反應，造成大量自由電子，形成 電子潮”，使貫串介質(zhì)的電流迅速增大，導致介質(zhì)擊穿。 2）熱擊穿 絕緣材料在電場作用下出現(xiàn)各種消耗，部分電能轉(zhuǎn)換為熱能，外電壓足夠高時，產(chǎn)生的熱量大于散發(fā)熱量，溫度升高，產(chǎn) 生熱量進一步增加，這樣惡性循環(huán)，使材料不斷升溫，超過一定限度，介質(zhì)被燒裂，熔融等，喪失絕緣能力，稱介質(zhì)的 熱擊穿”。 3）化學擊穿 長期運行在高溫、潮濕、高壓或腐蝕性氣體環(huán)境中的絕緣材料，內(nèi)部發(fā)生電解、腐蝕、氧化、

22、還原、氣孔中氣體電離等 不可逆的化學過程，經(jīng)一定時間，材料老化，喪失絕緣性能，導致?lián)舸?。如氧化物還原出金屬離子。 超導現(xiàn)象的物理機制是什么。 e2結(jié)成了電子對，稱為庫柏 Emax 0.4 m, Eg max 3. 1eV min hC E 0.7 m, E . 1. 8ev min g min e max 超導現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是超導體中的電子在超導態(tài)時， 電子間存在著特殊的吸引力， 而不是正常態(tài)時的靜電斥力。 這種吸引力使電子雙雙 結(jié)成電子對。它是超導態(tài)電子與晶格點陣間相互作用產(chǎn)生的結(jié)果。使動量和自旋方向相反的兩個電子 el 電子對 請闡明P209頁圖4.19的物理特征。

23、 、可見光中波長最短的是紫光，波長最長的是紅光： 、所以，Eg<1.8eV的半導體材料，是不透明的，因為所有可見光都可以通過激發(fā)價帶電子向?qū)мD(zhuǎn)移而被吸收。 、Eg=1.8 3.1的非金屬材料，是帶色透明的，因為只有部分可見光通過激發(fā)價帶電子向?qū)мD(zhuǎn)移而被材料吸收。 鐵磁性物質(zhì)產(chǎn)生鐵磁性的充分條件及自發(fā)磁化的物理機制。 鐵磁性產(chǎn)生的充分條件：原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層（或說存在固有磁矩） ，且A具有較大的正值（或說可發(fā)生自發(fā)磁化） 。前者是 指原子的本征磁矩，后者指的是要有一定的晶體點陣結(jié)構(gòu)。機理：據(jù)鍵合理論，原子相互接近形成分子時，電子云要相互重疊，電子要 相互交換位置。對過

24、渡族金屬，原子的 3d與4s態(tài)能量接近，它們電子云重疊時引起了 3d、4s態(tài)電子的交換。交換所產(chǎn)生的靜電作用 Acos 力稱為交換力，交換力的作用迫使相鄰原子的自旋磁矩產(chǎn)生有序的排列。因交換作用而產(chǎn)生的附加能量稱為交換能: 金屬一半導體接觸時，請基于逸出功大小闡述接觸電效應。EC 假定金屬的逸出功 （（M大于半導體的逸出功 。S ,當形成M蜘時，半導體中的電子會向金屬中擴散，使金屬表面帶負電，半導體表面 帶正電，能帶發(fā)生移動，形成新的費 M能而達到平衡，不在有靜電子的流動，形成了接觸電位差， VMS = （（）M - 。S）/e. 并在接觸界 面出現(xiàn)一個由半導體指向金屬的內(nèi)電場，阻礙載

25、流子的繼續(xù)擴散。也形成了耗盡層，能帶向上彎曲，在金屬與半導體兩側(cè)形成勢壘高度 稍有不同的肖特基勢壘。這種 MS結(jié)具有整流作用。當 （（M <。S時，電子將有金屬擴散流向半導體，在半導體一側(cè)形成堆積層，這個 是高導電區(qū)，成為反阻擋層（黑板圖示） 。能帶向下彎曲，成為歐姆結(jié)。通常半導體器件采用金屬電極時就需要良好的歐姆接觸。 退磁的方法有哪些，同時請說明每一種方法退磁機制。 磁滯回線的起點不是飽和點，而在飽和點以下時， H減小時，Mr和Hc減小，即磁滯回線變得短而窄，若施加的交變磁場幅值 H趨于0 時，則回線將成為趨于坐標原點的螺線，直至交變磁場的 H =0,鐵磁體將完全退磁。 另外的

26、方法：（1）加熱法（2）敲擊法（3）反向加磁場法 PN結(jié)的發(fā)光機理是什么？ 如果我們設法使一塊完整的半導體一邊是 N型，而另一邊是P型，則在接合處形成 P-N結(jié)。未加電場時，由于電子和空穴的擴散作用， 在P—N結(jié)的交界面兩側(cè)形成空間電荷區(qū)，生產(chǎn)自建場，其電場方向自 N區(qū)指向P區(qū)。引起漂移運動，當擴散運動和漂移運動達到熱平 衡時，P區(qū)和N區(qū)的費M能級必然達到同一水平。 這時，在P區(qū)和N區(qū)分別出現(xiàn)P型簡并區(qū) 和N型簡并區(qū)，P區(qū)的價帶頂充滿了空穴， N區(qū)的導帶底充滿了電子。在結(jié)區(qū)造成了能帶的 彎曲。自建場的作用，形成了接觸電位差 VD叫做P— N結(jié)的勢壘高度。P區(qū)所有能級上的電子都有了附

27、加位能，它等于勢壘高度 VD乘 以電子電荷e （VDe） 當給P-N結(jié)加以正向電壓 V時，如圖（5-27）所示，原來的自建場將被削弱，勢壘降低，破壞了原來的平衡，引起多數(shù)載流子流入對 方，使得兩邊的少數(shù)載流子比平衡時增加了，這些增加的少數(shù)載流子稱為 非平衡載流子這種現(xiàn)象叫做 載流子注入此時結(jié)區(qū)的統(tǒng) 一費M能級不復存在，形成結(jié)區(qū)的兩個費 M能級EF+和EF-,稱為準費 M能級。它們分別描述空穴和電子的分布。在結(jié)區(qū)的一個很薄的 作用區(qū)，形成了雙簡并能帶結(jié)構(gòu)。 XI I IHP D|1 g 下圖柵壓G的極性和數(shù)值，使 n溝道晶體管分別處于導通或者截止的狀態(tài)，請詳細說明控制的過程與原

28、理。 在P型襯底的MO藤統(tǒng)中增加兩個 N型擴散區(qū)，分別稱為源區(qū)（S表示）和漏區(qū)（D表示）。通過控制柵壓 G的極性和數(shù)值，可以使 MOS 晶體管分別處于導通或截止的狀態(tài)：源、漏之間的電流將受到柵壓的調(diào)制，這就是 MOS晶體管工作原理的基礎，利用這一性質(zhì)做成的 MO磔成電路是大規(guī)模集成電路中最重要的類型之一。 畫出基于光生伏特效應設計的太陽能電池吸收光能及產(chǎn)生電能的示意圖，并闡明其運作過程。 利用擴散摻雜的方法.在P型半導體的表面形成一 個薄的N型層，在光的照射下，在尸N結(jié)及其附近 .產(chǎn)生大星的電子和空穴對*在尸N結(jié)附近一個擴散 ?長度內(nèi),電子一空穴對還沒有復合就有可能通過擴 ,散達

29、到PN結(jié)的強電場區(qū)域（PN結(jié)自建電場）,電 子將運動到N型區(qū).空穴將運動到P型區(qū)，使、區(qū) 帶負電, P區(qū)帶正電,在上下電極產(chǎn)生電壓一一光 :生伏特效應口如圖XCH007_024所示口 請闡述鐵電體產(chǎn)生自發(fā)極化的物理機理。 具有自發(fā)極化的晶體（極性）由于結(jié)構(gòu)內(nèi)正負電荷中心不相重合而存在固有電矩，當晶體溫度變化時，發(fā)生熱膨脹使晶體的自發(fā)極化的 固有電矩發(fā)生改變， PN結(jié)在正、反向電壓施加作用下的導電過程（做出示意圖輔助解釋） （1）外加正向電壓的情況（PN結(jié)正向注入） （2）外加反向電壓（PN結(jié)的反向抽取） 介質(zhì)極化的五個基本形式、概念及基本特點。 1）電子式極化（電子位移極化）

30、：在E作用下，原子外圍的電子云中心相對于原子核發(fā)生位移， 形成感應電矩而使介質(zhì)極化的現(xiàn)象。 形 成很快（10-14?10-16 s）,是彈性可逆的，極化過程不消耗能量。 在所有電介質(zhì)中都存在， 但只存在此種極化的電介質(zhì)只有中性的氣體、 液體和少數(shù)非極性固體。 2）離子式極化（離子位移極化）：離子晶體中，除離子中的電子產(chǎn)生位移極化外，正負離子也在 E作用下發(fā)生相對位移而引起的極化。 又分為：a.離子彈性位移極化：在離子鍵構(gòu)成的晶體中，離子間約束力很強，離子位移有限，極化過程很快（ 10-12?10-13s）,不 消耗能量，可逆。 3）偶極子極化（固有電矩的轉(zhuǎn)向極化）：有E時，偶極子有

31、沿電場方向排列的趨勢， 而形成宏觀電矩，形成的極化。所需時間較長（10-2? 10-10S）,不可逆，需消耗能量。 4）空間電荷極化：有些電介質(zhì)中，存在可移動的離子，在 E作用下，正負離子分離所形成的極化。所需時間最長（ 10-2s）。 闡述BaTiO3單晶在外電場作用下的極化反轉(zhuǎn)過程。 1）、一般在外電場作用下（人工極化） ，180°疇轉(zhuǎn)向比較充分；同時由于“轉(zhuǎn)向”時結(jié)構(gòu)畸變小，內(nèi)應力小，因而這種轉(zhuǎn)向比較穩(wěn)定。 2）、而90°疇的轉(zhuǎn)向時不充分的，對 BaTiO3陶瓷，90 °疇只有13%而且，由于轉(zhuǎn)向時引起較大內(nèi)應力，所以這種轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定。當外 加電場撤去后，則有小部分 900疇電

32、疇偏離極化方向，恢復原位。 3）、大部分（主要是180°疇）則會停留在新轉(zhuǎn)向的極化方向上（剩余極化） 。 金屬Fe具有磁性的原因。 順磁體：原子內(nèi)部存在永久磁矩，無外磁場，材料無規(guī)則的熱運動使得材料沒有磁性，當外磁場作用，每個原子的磁矩比較規(guī)則取向， 物質(zhì)顯示弱磁場，這樣的磁體稱順磁體。 鐵磁體：在較弱的磁場內(nèi)，鐵磁體也能夠獲得強的磁化強度，而且在外磁場移去，材料保留強的磁性。原因是強的內(nèi)部交換作用，材料 內(nèi)部有強的內(nèi)部交換場，原子的磁矩平行取向，在物質(zhì)內(nèi)部形成磁疇，這樣的磁體稱鐵磁體。 金屬熱膨脹：物質(zhì)的體積或長度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象。 內(nèi)耗：對固體材料內(nèi)在的能量損耗稱為內(nèi)耗

33、。 磁致伸縮效應：鐵磁體在磁場中被磁化時，其形狀和尺寸都會發(fā)生變化的現(xiàn)象。 磁疇：指在未加磁場時鐵磁體內(nèi)部已經(jīng)磁化到飽和狀態(tài)的小區(qū)域。 軟磁材料：軟鐵被磁化后，磁性容易消失，稱為軟磁材料。 亞鐵磁體：磁體中存在大小不等反平行的自旋磁矩，磁矩大小部分抵消，因而磁體仍然可以自發(fā)磁化，類似于鐵磁體。這種磁體稱為亞 鐵磁體。 磁疇結(jié)構(gòu)：磁疇的形狀、尺寸、磁壁的類型與厚度的總稱。 磁滯回線：當磁化磁場作周期的變化時，表示鐵磁體中的磁感應強度與磁場強度關系的一條閉合曲線。 對于一根具體的導線而言，影響它的導電因素有哪些？ 答：對于一根具體的導線而言，導電過程分兩部分，包括最外電子脫離正

34、離子實和之后的在晶格中運行，所以，影響導電性包括這兩部 分的影響因素。 （1）從導電定律關系式中可以看出一個電子的電荷是固定的數(shù)值， n有效決定于金屬的晶體結(jié)構(gòu)及能帶結(jié)構(gòu)，而電子自由運行時間或電 子平均自由程則決定于在外電場作用下，電子運動過程中所受到的散射。 （2）電子在金屬中所受到的散射可用散射系數(shù) 科來表述?？频膩碓从袃煞矫?，一是溫度引起離子振動造成的 門，二是各種缺陷及雜質(zhì) 引起晶格畸變造成的四。 ==川+ pn 相應地電阻為：年訐+ g （3）由溫度造成的晶格動畸變和由缺陷造成的晶格靜畸變，兩者都會引起金屬電阻率增大。 什么是西貝克（Seeback）效應？它是哪種材料

35、的基礎？ 答：西貝克效應是由于溫差產(chǎn)生的熱電現(xiàn)象，即溫差電動勢效應 一一廣義地，在半導體材料中，溫度和電動勢可以互相產(chǎn)生。實際上是 材料的熱和電之間轉(zhuǎn)化，可以指導人們在熱電之間建立相互聯(lián)系，是熱電材料的基礎。 簡述導溫系數(shù)（又稱熱擴散系數(shù)）”的物理意義及其量綱？ 答：物理意義：表示溫度變化的速率。 量綱：m2/s。 技術磁化過程分為哪幾個階段？各個技術磁化階段的特點是什么？ 答：第一部分（OA是可逆磁化過程：可逆是指磁場減少到零時， M沿原曲線減少到零，在可逆磁化階段，磁化曲線是線性的，沒有剩 磁和磁滯。在金屬軟磁材料中，此階段以可逆壁移為主。 第二部分（AB）是不可逆磁化階

36、段：此階段內(nèi)， M隨磁化場急劇地增加， M與H曲線不再是線性。此階段中，若把磁場減少到零， M不 再沿原曲線減少到零，而出現(xiàn)剩磁，這種現(xiàn)象成為磁滯，巴克豪森指出，這一階段由許多 M的跳躍性變化組成，是疇壁的不可逆跳躍引 起的。 第三部分（BQ是磁化矢量的轉(zhuǎn)動過程：第二階段結(jié)束后，疇壁消失，整個鐵磁體成為一個單疇體，但其內(nèi)部磁化強度方向還與外磁場 方向不一致。在這一階段內(nèi)隨磁化場進一步增大，磁矩逐漸轉(zhuǎn)動到與外磁場一致的方向，當磁化到 S點時，磁體已磁化到技術飽和，這 時的磁化強度稱飽和磁化強度 Ms= 第四部分自C點以后，M-H曲線已近似于水平線，而 M-H曲線大體上成為直線，自 C

37、點繼續(xù)增大外磁，Ms還稍有增加，這一過程稱為順 磁磁化過程。 來源于相鄰原子中電子 向平行排列，即自發(fā)磁化 不一致，所以大塊磁體對 價電子（最外層電子）是 自由運動一樣，故可以把 分子場的本質(zhì)是什么？在鐵磁體中起什么作用？ 答：分子場的本質(zhì)：分子場的性質(zhì)不是磁場，量子力學告訴我們，分子場 間的交換作用，它導致了磁有序。從本質(zhì)上講，這是屬于靜電作用。 在鐵磁體中的作用： 鐵磁物質(zhì)內(nèi)部存在很強的 “分子場”，它使原子磁矩同 到飽和；鐵磁體的自發(fā)磁化分成若干磁疇，由于磁體中各磁疇的磁化方向 外不顯示磁性。 簡述經(jīng)典自由電子氣模型和量子自由電子氣模型的特點？ 答：經(jīng)典自由電子氣模型

38、：金屬（已結(jié)晶的）由原子點陣（晶格）構(gòu)成， 完全自由的，可以在整個金屬中自由運動，就像氣體分子能在一個容器內(nèi) 價電子看成“自由電子氣”，這些自由電子在晶格中的運動就像氣體在容器中的運動一樣（但不能脫離“容器” ，即晶格）。 自由電子的運動遵循經(jīng)典力學的運動規(guī)律，遵循氣體分子運動論。這些電子在一般情況下（沒有外場的作用下）可沿所有方向運動，但 在電場作用下由于靜電相互作用，將逆著電場方向運動，從而使金屬中產(chǎn)生電流（即：電子的定向運動） 。 電子與帶正電的離子（由于價電子脫離原來的原子）的碰撞（也叫散射）妨礙電子的被無限加速，從而形成電阻。 量子自由電子論： 量子自由電子論用量子力學觀點

39、來研究在金屬的大量原子集合體中的價電子分布問題。 量子自由電子論的基本觀點是：金屬正離子（離子實）所形成的勢場各處都是均價的；價電子是共有化的，他們不束縛于某個原子上， 可以在整個金屬內(nèi)自由地運動，電子之間沒有相互作用，電子運動服從量子力學原理。 量子自由電子論與經(jīng)典自由電子論的主要區(qū)別在于電子運動服從量子力學原理。 簡述非過渡族金屬的電阻 一溫度關系，并說明原因。 答：理想晶體 溫度對金屬電阻的影響是由于溫度引起離子晶格熱振動造成電子波的散射， 而使電阻率隨溫度的升高而增加。 在絕對零度下，純凈又無 缺陷的金屬（完整的晶格），其電阻率等于零。隨溫度的升高金屬的電阻率也在增加。

40、 有缺陷的晶體 實驗表明，對于普遍非過渡金屬 。一般不超過500K,當T>2/3 9D時，線性關系已足夠正確，即在室溫和更高一些溫度都可寫成： pT= p 0(1+ a T), a為電阻溫度系數(shù)。 在低溫下決定于“電子-電子”散射的電阻可能占優(yōu)勢，這是由于在此低溫下決定于聲子散射的電阻大大減弱的緣故(低溫下晶格振動 大大減弱)，這時的電阻與溫度的平方成正比，即 P電-電8 /T2,普通非過渡金屬的電阻與溫度的關系示于右圖。 即: 存在如下關系: 1- 電一聲 電一聲 電一電 OC OC OC T (T>>0 D) T5 T2 (T<< 0D) (T 殘K)

41、 說明物質(zhì)的抗磁性、 順磁性、鐵磁性、反鐵磁性及亞鐵磁性之間的異同點? 答：在五種磁性物質(zhì)中，只有抗磁性物質(zhì)沒有永久性的離子(或原子)磁矩，其他四種都有永久性的離子(或原子)磁矩，但它們的磁 性行為又不相同。除了磁化率不相同以外，最主要的是它們的磁結(jié)構(gòu)各不相同： (1)順磁性物質(zhì)的原子磁矩混亂取向，處于磁無序狀態(tài)； (2)鐵磁性物質(zhì)由于靜電交換作用，在一定范圍內(nèi)相鄰原子磁矩平行取向； (3)在反鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部，相鄰原子磁矩反平行排列，反鐵磁性物質(zhì)僅在某一臨界溫度下存在，此臨界溫度稱為奈耳溫度 TN加熱到 TN以上，反鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判曰蚱渌判裕? (4)亞鐵磁性僅在化合物或

42、合金中存在，它由磁矩大小不同的兩套方向相反的鐵磁性交錯排列組成，即 gw出，相同磁性的離子磁矩同 受映破匕 ?看社 Cd 朗；T物腹杷性均原子皚地的美米 向平行排列，而不同磁性的離子磁矩是另一個相反方向的平行排列。 分析物質(zhì)的抗磁性、順磁性、反鐵磁性及亞鐵磁性與溫度之間的關系？ 答：(1)抗磁性是由外磁場作用下電子循軌運動產(chǎn)生的附加磁矩所造成的，與 溫度無關，或隨溫度變化很小。 (2)根據(jù)順磁磁化率與溫度的關系， 可以把順磁體分為三類，一是正常順磁體， 其原子磁化率與溫度成反比；二是磁化率與溫度無關的順磁體；三是存在反鐵 磁體轉(zhuǎn)變的順磁體，當溫度高于一定的轉(zhuǎn)變溫度 TN時，它們

43、和正常順磁體一樣服從局里 -外斯定律，當溫度低于 TN時，它們的原子磁 化率隨著溫度下BI而減小，當 T- 0K時，磁化率趨于常數(shù)。 (3)反鐵磁性物質(zhì)的原子磁化率在溫度很高時很小，隨著溫度逐漸降低，磁化率逐漸增大，溫度降至某一溫度 TN時，磁化率升至最大 值；再降低溫度，磁化率又減小。 (4 )亞鐵磁性物質(zhì)的原子磁化率隨溫度的升高而逐漸降低。 簡述熱性能的物理本質(zhì)和熱穩(wěn)定性。 答：熱性能的物理本質(zhì)：晶格的熱震動即質(zhì)點圍繞平衡位置作微小震動。 熱穩(wěn)定性：材料在溫度急劇變化而不被破壞的能力，也被稱為抗熱震性。 導電材料中的載流子有哪些？ 答：電子；離子；空位。 有哪些缺陷均會使金

44、屬電阻率增加？ 答：空位；位錯；間隙原子以及它們的組合。 原子核外電子排布的規(guī)則是什么？ 答：泡里不相容原理；能量最低原理；洪特規(guī)則。 磁疇形成的兩個條件有哪些？ 答：(1)原子中必須有未填滿電子的內(nèi)層，因而存在未被抵消的自旋磁矩。 (2)相鄰原子間距a與未填滿的內(nèi)電子層半徑 r之比大于3,即a/r >3。 影響金屬材料熱導率的因素？ 答：溫度，原子結(jié)構(gòu)，合金的成分和晶體結(jié)構(gòu)，氣孔率。 影響金屬材料的彈性模量的主要因素？ 答：金屬材料原子結(jié)構(gòu)；金屬的點陣結(jié)構(gòu)。 引起金屬內(nèi)耗的因素？ 答： \ 1、有電子殼層參加的原子現(xiàn)象范圍內(nèi)只有兩種類型的力：磁力和靜電力。 ()

45、2、半導體的能帶結(jié)構(gòu)不取決于晶體點陣和組成元素的性質(zhì)，而載流子的有效質(zhì)量則是反應能帶結(jié)構(gòu)的重要參量 3、直流電位差計是比較測量法測量電動勢(或電壓 )的一種儀器 4、電阻率和電導率是對材料成分、組織和結(jié)構(gòu)極敏感的電參數(shù)，能靈敏地反映材料內(nèi)部的微弱變化。 5、鐵磁材料從退磁狀態(tài)被磁化到技術飽和的過程中存在不可逆過程。 () ,磁滯回線為矩型的材料稱 6、矯頑力很小而磁化率很大的材料稱為“軟磁材料” ，將矯頑力很小而磁化率也小的材料稱為“硬磁材料” 為“矩磁材料”。 （） 7、抗磁體的磁化率或者與溫度無關，或者隨溫度變化產(chǎn)生大變化。 （） 8、當合金融化、凝固以及發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

46、時，磁化率不發(fā)生突變。 簡答題 1、位移型鐵電體及其應用？ 2、反磁化過程和磁矯頑力的描述？ 3、用外斯假說描述的 鐵磁性的物理本質(zhì)。 三、計算題 1、固溶體有限溶解度的電阻測定分析原理為何？已知 時 Mg2Sn的溶解度為 1.5wt%、4000c 為 1.6wt%、4700c 5200c 為 2.0wt%、6000c為 2.85%、6500c為 5.1wt%,完 曲線，并估算5000c時的溶解度數(shù)值。 四、論述題 為何GaAs在某些方面比硅或錯更具優(yōu)越性。 15、簡述簡述電介質(zhì)的四大電極化機制？ 五、分析題 1、利用右圖分析氣孔率對材料導系數(shù)及熱傳導的影響， 20、 cu-Mg2Sn 合金中，2000c 為 1.7wt%、 成右圖中 Mg2Sn的溶解度 19、舉例說明圖為金屬粉 點說明什么。 末導熱率與氣孔率的關系曲線。 粉末銀粉和熱壓銀粉的實驗