B1電性材料課件

第七章電性材料

7.0緒論

一.電子材料的定義定義1以發(fā)揮其物理性能，或物理與物理性能之間，力學(xué)與物理性能之間，化學(xué)與物理性能之間相互轉(zhuǎn)換的特性為主，用于IT工業(yè)的材料。定義2凡具有能量與信息的發(fā)射，吸收，轉(zhuǎn)換，傳輸，存儲，控制與處理功能特性之一，或者是直接參與保障這些功能特性的順利發(fā)揮，用于IT工業(yè)的材料二.電子材料的分類按用途分：結(jié)構(gòu)電子材料和功能電子材料。結(jié)構(gòu)電子材料是指能承受一定壓力和重力，并能保持尺寸和大部分力學(xué)性質(zhì)（強(qiáng)度、硬度及韌性等）穩(wěn)定的一類材料；功能電子材料是指除強(qiáng)度性能外，還有特殊性能，或能實(shí)現(xiàn)光、電、磁、熱、力等不同形式的交互作用和轉(zhuǎn)換的非結(jié)構(gòu)材料；按組成（化學(xué)作用）分：無機(jī)電子材料和有機(jī)電子材料無機(jī)電子材料以可分為金屬材料(以金屬鍵結(jié)合）和非金屬材料（以離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合）；有機(jī)電子材料主要是指高分子材料（以共價(jià)鍵和分子鍵結(jié)合）；按材料的物理性質(zhì)和應(yīng)用領(lǐng)域分:按材料的物理性質(zhì)分：導(dǎo)電材料、超導(dǎo)材料、半導(dǎo)體材料、絕緣材料、壓電鐵電材料、磁性材料、光電材料和敏感材料等。按應(yīng)用領(lǐng)域分：微電子材料、電器材料、電容器材料、磁性材料光電子材料、壓電材料、電聲材料等；傳統(tǒng)電子材料與先進(jìn)電子材料三.電子材料的特點(diǎn)多學(xué)科交叉性:

涉及固體物理,固體化學(xué),有機(jī)化學(xué),冶金學(xué),材料學(xué),微電子學(xué)等。對先進(jìn)技術(shù)的依賴性:

與材料制備、加工和檢測技術(shù)密切相關(guān)。種類繁多、更新?lián)Q代快、性能價(jià)格比不斷改善。五.現(xiàn)代社會(huì)對電子材料的要求結(jié)構(gòu)與功能相結(jié)合智能材料減少污染節(jié)省能源長壽命與可控壽命

7.1電導(dǎo)理論回顧

一.金屬的電導(dǎo)理論對各向同性材料,兩者為標(biāo)量,否則為張量1.電子輸運(yùn)與散射單位時(shí)間總的載流子的散射概率為:三.霍爾效應(yīng)(將載流導(dǎo)體置于均勻磁場中，使磁場和電場的方向互相垂直，則會(huì)在樣品內(nèi)垂直于電流和磁場組成的平面內(nèi)形成穩(wěn)定的橫向電場，其大小正比于電流密度j和磁場強(qiáng)度B)金屬霍爾系數(shù)隨溫度的變化不大,半導(dǎo)體的霍爾系數(shù)隨溫度升高呈指數(shù)下降四.金屬的熱電性塞貝克效應(yīng):T1T2V壓力的影響壓力不太大時(shí):壓力大時(shí),可能引起相變,以及缺陷變化,從而影響電阻

2.固溶體的電阻低濃度固溶體的電阻:----馬西森定則殘留電阻率與溶劑和溶質(zhì)的原子價(jià)(Ｚ、Z‘)有關(guān):

7.2陶瓷的導(dǎo)電性能

1.導(dǎo)電載流子:電介質(zhì)瓷:離子半導(dǎo)體瓷和導(dǎo)電陶瓷:電子2.電場E作用下的行為:法拉第效應(yīng)

英文名稱：Faradayeffect

法拉第效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1845年由M.法拉第發(fā)現(xiàn)。當(dāng)線偏振光（可見光的偏振）在介質(zhì)中傳播時(shí)，若在平行于光的傳播方向上加一強(qiáng)磁場，則光振動(dòng)方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度ψ與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和光穿越介質(zhì)的長度l的乘積成正比，即ψ＝VBl，比例系數(shù)V稱為費(fèi)爾德常數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)及光波頻率有關(guān)。偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場方向。上述現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)或磁致旋光效應(yīng)[1]。法拉第效應(yīng)的應(yīng)用法拉第效應(yīng)可用于混合碳水化合物成分分析和分子結(jié)構(gòu)研究。近年來在激光技術(shù)中這一效應(yīng)被利用來制作光隔離器和紅外調(diào)制器。

該效應(yīng)可用來分析碳?xì)浠衔铮蛎糠N碳?xì)浠衔镉懈髯缘拇胖滦馓匦?；在光譜研究中，可借以得到關(guān)于激發(fā)能級的有關(guān)知識；在激光技術(shù)中可用來隔離反射光，也可作為調(diào)制光波的手段。

因?yàn)榇艌鱿码娮拥倪\(yùn)動(dòng)總附加有右旋的拉穆爾進(jìn)動(dòng)，當(dāng)光的傳播方向相反時(shí)，偏振面旋轉(zhuǎn)角方向不倒轉(zhuǎn)，所以法拉第效應(yīng)是非互易效應(yīng)。這種非互易的本質(zhì)在微波和光的通信中是很重要的。許多微波、光的隔離器、環(huán)行器、開關(guān)就是用旋轉(zhuǎn)角大的磁性材料制作的。

電導(dǎo)率與溫度關(guān)系:離子電導(dǎo)率與擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系:4.電子電導(dǎo)(具有霍爾效應(yīng))導(dǎo)電機(jī)制:本身能帶中的電子引起電子或空穴的移動(dòng)引起(主要機(jī)制)

電導(dǎo)率與霍爾系數(shù):

電導(dǎo)率與塞貝克系數(shù):5.電導(dǎo)混合法則:設(shè)材料由A和B兩均勻相組成,則:兩相復(fù)合材料的電導(dǎo)率滿足指數(shù)和法則7.3導(dǎo)電材料一.金屬Ag,Cu,Au,Pt,Ir等及其合金Au:貴Cu:雜質(zhì)、冷加工影響大Al:雜質(zhì)影響大，冷加工影響不大，難焊，強(qiáng)度低二.導(dǎo)電陶瓷1.特點(diǎn)：存在間隙連成的通道，可遷移的離子電子載流子濃度幾乎為零；離子電導(dǎo)率一般大于：1(m)-1降溫時(shí)存在無序-有序轉(zhuǎn)變，使電導(dǎo)率下降用大尺寸離子進(jìn)行部分置換可穩(wěn)定無序相相變兩種類型：突變型，擴(kuò)散型2.材料舉例ZrO2導(dǎo)電陶瓷自低溫到高溫存在單斜、四方、立方三種晶型立方相中的Zr4+占據(jù)氧八面體空隙，使結(jié)構(gòu)保持松弛狀態(tài)，O2-可以擴(kuò)散、遷移，但存在于高溫范圍，通過添加適當(dāng)?shù)亩r(jià)Ca2+,Mg2+，Y3+或其他三價(jià)離子可以獲得室溫下穩(wěn)定存在的立方相穩(wěn)定劑可使四方相亞穩(wěn)定存在于室溫下，避免冷卻時(shí)由于四方轉(zhuǎn)單斜時(shí)膨脹所致的開裂三.電熱和電極陶瓷SiC：1560CMoSi2:1800C穩(wěn)定ZrO2:2000C(需預(yù)熱至1000C)7.4電阻材料按功能分：精密電阻材料電阻敏感材料按結(jié)構(gòu)分：線繞電阻材料

非線繞電阻材料典型的電阻材料：Cu-Mn系Ni-Cr系Ni-Cu系，例如康銅Cu-40%NiPt基，Au基，Pd基，Ag基線繞式電阻器

金屬氧化膜電阻器

1.常用賤金屬合金線2.6J20(NiCr20~23)賤金屬電阻材料:高,,好力性3.貴金屬電阻合金線二.非線繞電阻材料定義：采用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、熱分解、燒滲、網(wǎng)印、噴涂、燒結(jié)(包括常壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié))等方法制得電阻體，再加上引出線、保護(hù)層以及適當(dāng)?shù)奶幚矶频玫碾娮杵鞣Q為非線繞電阻器，這種電阻器所用的材料稱為非線繞電阻材料對材料的要求：電阻率范圍寬，溫度系數(shù)小，電壓系數(shù)低，噪聲電平小，高頻性能好，使用溫度范圍寬，工藝性能好，使用的穩(wěn)定性和可靠性高。組成：電阻體、基體、引出線、保護(hù)層電阻體材料：金屬、非金屬、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體電阻體所用材料典型的非線繞電阻材料A.碳膜:碳?xì)浠衔镌?50~1100oC，10~20Pa下熱分解，沉積于絕緣陶瓷基體上形成(類石墨)；B.硅碳膜：含硅有機(jī)物與碳?xì)浠衔餆岱纸庑纬赏ǔ＞哂械讓印⒅袑雍妥钔獗Ｗo(hù)層的三層結(jié)構(gòu)底層：含有SiO2和C，前者與基體玻璃形成Si-O鍵，改善膜/基結(jié)合力；中間層：導(dǎo)電層，與純碳膜的結(jié)構(gòu)和性能類似最外層：主要為SiO2，并含有少量-SiC，前者能耐熱、耐潮、耐腐蝕，滲入中間層的晶粒之間處，對碳晶粒起隔離、增大間隙作用，使整體電阻率增大。合成漆(碳)膜導(dǎo)電材料(碳黑、石墨)＋粘合劑(酚醛樹脂等)＋填料(云母粉等)＋溶劑(正丁醇等)；金屬膜(硅鉻系合金粉為主，真空蒸鍍形成)鎳-鉻系薄膜(真空蒸鍍或陰極濺射法制成)金屬氧化物膜錫銻鹵化物溶液噴涂到灼熱的基體上，經(jīng)水解反應(yīng)而成，此外，還可采用蒸發(fā)法、濺射法、浸漬法、煙化法和涂敷法成膜G.化學(xué)鍍沉積金屬膜(利用水溶液中還原反應(yīng)成膜)玻璃釉電阻材料導(dǎo)電相(導(dǎo)電和電阻材料)＋粘結(jié)相(玻璃釉)＋溶劑＋活性劑＋潤滑劑等，經(jīng)燒結(jié)而成合金箔將厚度小于3m的精密合金箔，用粘結(jié)劑(環(huán)氧樹脂)粘貼在絕緣陶瓷基體上，再經(jīng)光刻或激光雕刻等制成穩(wěn)定的電阻圖形，最后調(diào)阻、封裝而成J實(shí)芯電阻材料導(dǎo)電材料(金屬、金屬氧化物、碳黑、石墨等)+有機(jī)粘合劑(酚醛樹脂等)或無機(jī)粘合劑(玻璃釉等)三．電阻材料發(fā)展方向1.線繞精密電阻合金向高精度、高可靠性方向發(fā)展2.電阻合金向高阻值、超細(xì)化、薄膜化方向發(fā)展3.向深低溫方向發(fā)展4.向電阻材料和電阻元件制造一體化、電阻器件元件化發(fā)展5.非晶電阻材料日益引人注目四．電熱材料利用電流熱效應(yīng)的材料稱為電熱材料Ni-CrFe-Cr-Al五．熱電材料—將熱能和電能直接轉(zhuǎn)換的材料，應(yīng)用于熱電發(fā)電和制冷、恒溫控制、溫度測量等領(lǐng)域1.評價(jià)指