薄膜材料物理-金屬薄膜的導(dǎo)電課件

1、第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電第三章第三章 金屬薄膜的導(dǎo)電（續(xù)）金屬薄膜的導(dǎo)電（續(xù)） 第七講第七講3/22212()3mENh /()3 21 23238224mmdNEdEv dvhh 212Emv()()3322xyzxyzmdNdv dv dvdp dp dphh3.4.2 金屬中的電流密度金屬中的電流密度固體物理知固體物理知, ,金屬單位體積中的狀態(tài)數(shù)為：金屬單位體積中的狀態(tài)數(shù)為：由此知能量間隔由此知能量間隔dE,dE,或者處在能量間隔中的狀態(tài)數(shù)為：或者處在能量間隔中的狀態(tài)數(shù)為：或?qū)懗桑夯驅(qū)懗桑旱谄咧v第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電32()x

2、xxyzmv qfdNqv fdv dv dvh 32()xxxyzmJqfv dv dv dvh 可見(jiàn)：可見(jiàn)：2/n2/n3 3是相空間中單位體積的態(tài)數(shù)是相空間中單位體積的態(tài)數(shù)所以，在單位體積內(nèi)在所以，在單位體積內(nèi)在v vx xvvx x+dv+dvx x,v,vy yvvy y+dv+dvy y,v,vz zvvz z+dv+dvz z內(nèi)的電子數(shù)為：內(nèi)的電子數(shù)為：fdNfdN因此，所有電子在因此，所有電子在x x方向上所形成的電流密度為：方向上所形成的電流密度為：在平衡狀態(tài)下，分布函數(shù)在平衡狀態(tài)下，分布函數(shù)f=ff=f0 0費(fèi)米費(fèi)米狄拉克分布狄拉克分布. .J Jx x=0=0即：即：這些

3、電子在這些電子在x x方向上所形成的電流密度為：方向上所形成的電流密度為：302 ()0 xxxyzmJqv f dv dv dvh 第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電在非平衡狀態(tài)下（有外力作用）用分布函數(shù)在非平衡狀態(tài)下（有外力作用）用分布函數(shù)f=ff=f0 0+f+f1 1取代取代f f0 0, ,即可：即可：30131233210002 ()()2 ()2 ()sincosxxxyzxxyzvmJqvffdv dv dvhmqv f dv dv dvhmqf vdvd dh 3002()xyzmndnff dv dv dvh 在金屬單位體積中的總電子數(shù)為：在金屬單位體

4、積中的總電子數(shù)為：( (直角坐標(biāo)直角坐標(biāo)) )（球坐標(biāo)）（球坐標(biāo)）第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電3023200022()2()sin8()3FFvxyzvvFmnf dv dv dvhmvdvd dhmvh 若若T=0K,vvT=0K,vvF F( (費(fèi)米速度費(fèi)米速度) f) f0 0=0=0（在室溫下，仍具有代表性）（在室溫下，仍具有代表性） (直角坐標(biāo)直角坐標(biāo))（球坐標(biāo)）（球坐標(biāo)）第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電 若沿若沿x x方向加一電場(chǎng)方向加一電場(chǎng)F,F,則薄膜內(nèi)的電子將獲得則薄膜內(nèi)的電子將獲得x x方向方向的凈漂移速度的凈漂移速度.

5、.3.4.3 連續(xù)薄膜的電導(dǎo)理論連續(xù)薄膜的電導(dǎo)理論( (無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)+ +有規(guī)場(chǎng)速速度有規(guī)場(chǎng)速速度) )電子在兩次碰撞之間，經(jīng)過(guò)一個(gè)距離電子在兩次碰撞之間，經(jīng)過(guò)一個(gè)距離平均自由程平均自由程xx1k1的情況下：的情況下：31;8bk 3 813 8bbkk bbb 厚度很厚的厚度很厚的薄膜的數(shù)值薄膜的數(shù)值第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電3.4.4 對(duì)連續(xù)薄膜電導(dǎo)的討論對(duì)連續(xù)薄膜電導(dǎo)的討論 薄膜特點(diǎn)：表面效應(yīng)，晶粒較小，晶界較多，薄膜特點(diǎn)：表面效應(yīng)，晶粒較小，晶界較多，雜質(zhì)多，缺陷多雜質(zhì)多，缺陷多 b b，b b，b b應(yīng)該是厚度很大的薄膜的數(shù)值。應(yīng)該是厚度很大的薄

6、膜的數(shù)值。 1313818bkk dkb bdk 可可見(jiàn)見(jiàn)薄薄膜膜的的電電阻阻率率越越大大于于塊塊狀狀材材料料當(dāng)薄膜的兩個(gè)表面（或者一個(gè)表面和一個(gè)界面）當(dāng)薄膜的兩個(gè)表面（或者一個(gè)表面和一個(gè)界面）相同時(shí)。對(duì)于全市漫反射的情況，在相同時(shí)。對(duì)于全市漫反射的情況，在k1k1的條件下，的條件下，有：有：而而第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電31(1)8pk b b（實(shí)際上（實(shí)際上k0.1k0.1，上述結(jié)論也能給出滿意的結(jié)果），上述結(jié)論也能給出滿意的結(jié)果） 而而k0.1k1k1有：有：第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電當(dāng)表面光滑程度達(dá)到傳導(dǎo)電子的波長(zhǎng)（約當(dāng)表面光

7、滑程度達(dá)到傳導(dǎo)電子的波長(zhǎng)（約0.5nm0.5nm）數(shù)量級(jí)以后，漫反射才顯著減少例如數(shù)量級(jí)以后，漫反射才顯著減少例如: :襯底用：在超高真空中就劈裂的云母片襯底用：在超高真空中就劈裂的云母片 在基片上先沉積一層在基片上先沉積一層BiBi2 2O O3 3薄膜薄膜對(duì)于薄膜兩個(gè)表面的反射情況不同對(duì)于薄膜兩個(gè)表面的反射情況不同 p qzozd 參參數(shù)數(shù)參參數(shù)數(shù)31 b b（2 2- -p p- -q q）1 16 6k k（z=o.p參數(shù)；參數(shù)；z=d,q參數(shù)）參數(shù)）在在k1k1時(shí)，有：時(shí)，有：第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電然而，對(duì)于部分漫反射情況占多數(shù)，其薄膜電阻率為：然而

8、，對(duì)于部分漫反射情況占多數(shù)，其薄膜電阻率為：31(1)8bpk kdb 021,bbmvnq 308()3mvnh 而塊狀材料的電阻率為：而塊狀材料的電阻率為：332231311() 1(1)()8()838()bFbFbshhpmv qdmv q 所以有：所以有：第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電83(1)sdp 為表面散射電子的平均自由程，其值為為表面散射電子的平均自由程，其值為馬提生定則：塊狀材料的電阻率等于聲子，雜質(zhì)，馬提生定則：塊狀材料的電阻率等于聲子，雜質(zhì)，缺陷（位錯(cuò)，空位，填隙，應(yīng)變）缺陷（位錯(cuò)，空位，填隙，應(yīng)變）和晶界所引起的電阻率之和，所以有：和晶界所引起的電阻率之和，所以有： 式中式中s 3231111( )8 () bFpmfihmv q 聲聲子子 雜雜質(zhì)質(zhì) 缺缺陷陷 晶晶界界第七講第七講 第三章第三章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電所以，金屬薄膜（連續(xù)）的電阻率為：所以，金屬薄膜（連續(xù)）的電阻率為：32311111()8() = bFpmfispmfishmv q 聲聲子子 雜雜質(zhì)質(zhì) 缺缺陷陷 晶晶界界 表表面面散散射射 if 晶晶界界缺缺陷陷（ 退退火火晶晶粒粒長(zhǎng)長(zhǎng)大大，晶晶界界減減小?。┩送嘶鸹?/p>