第二章_材料的電學(xué)性能(二)

1、2.9 絕緣體的電學(xué)性能絕緣體的電學(xué)性能（1）電介質(zhì)按其分子中正負(fù)電荷的分布狀態(tài)可分：中性電介質(zhì)；偶極電介質(zhì)；離子型電介質(zhì)； 電介質(zhì)極化的定義：電介質(zhì)極化的定義：在電場(chǎng)作用下，其內(nèi)部的束縛電荷所發(fā)生的彈性位移現(xiàn)象和偶極子的取向（正端轉(zhuǎn)向電場(chǎng)負(fù)極、負(fù)端轉(zhuǎn)向電場(chǎng)正極）現(xiàn)象。2.9.1 2.9.1 電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化注意：鐵電體中自發(fā)極化的產(chǎn)生是不需要外加電場(chǎng)誘導(dǎo)的，完全是由特注意：鐵電體中自發(fā)極化的產(chǎn)生是不需要外加電場(chǎng)誘導(dǎo)的，完全是由特殊晶體結(jié)構(gòu)誘發(fā)的。殊晶體結(jié)構(gòu)誘發(fā)的。 （2）介質(zhì)極化的基本形式：電子式極化；離子式極化；偶極子極化；空間電荷極化； 2.9.2 2.9.2 電介質(zhì)的介電常數(shù)電

2、介質(zhì)的介電常數(shù)dsC0CCr0r22222222121)(212121VEWVESdEdEdSUdSCUW電介質(zhì)的擊穿：當(dāng)施加電介質(zhì)上的電場(chǎng)強(qiáng)度或電壓增大到一定程度時(shí)，電介質(zhì)就由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。2.9.3 2.9.3 電介質(zhì)的耐電強(qiáng)度電介質(zhì)的耐電強(qiáng)度 實(shí)際上電介質(zhì)都不可能是理想的絕緣體，在外電場(chǎng)作用下，介質(zhì)中都會(huì)有一個(gè)很小的電流。這個(gè)電流是由電介質(zhì)中的帶電質(zhì)點(diǎn)（正負(fù)離子和離子空位、電子和空穴等載流子）在電場(chǎng)作用下做定向遷移形成的，又稱為泄漏電流。載流子種類(lèi)：一類(lèi)是電子和空穴，另一類(lèi)是可移動(dòng)的正負(fù)離子和離子空位。2.9.4 2.9.4 電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo) 介質(zhì)損耗：電介質(zhì)在外電場(chǎng)作用

3、下，其內(nèi)部會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象，表明部分電能已轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，這種介質(zhì)內(nèi)的能量損耗。其損耗原因是電導(dǎo)作用和極化作用引起。2.9.5 2.9.5 電介質(zhì)的介電損耗電介質(zhì)的介電損耗2.10 超導(dǎo)電性2.10.1 2.10.1 超導(dǎo)電性的發(fā)現(xiàn)與進(jìn)展超導(dǎo)電性的發(fā)現(xiàn)與進(jìn)展什么是超導(dǎo)體？什么是超導(dǎo)體？1. 1. 零電阻零電阻 將超導(dǎo)體冷卻到某一臨界溫度將超導(dǎo)體冷卻到某一臨界溫度（T TC C）以下時(shí)電阻突然降為零的現(xiàn)）以下時(shí)電阻突然降為零的現(xiàn)象稱為象稱為超導(dǎo)體的零電阻現(xiàn)象超導(dǎo)體的零電阻現(xiàn)象。不同。不同超導(dǎo)體的臨界溫度各不相同。超導(dǎo)體的臨界溫度各不相同。19111911年昂納斯首先發(fā)現(xiàn)，汞在低于臨界年昂納斯首先發(fā)

4、現(xiàn)，汞在低于臨界溫度溫度4.15K4.15K時(shí)電阻變?yōu)榱銜r(shí)電阻變?yōu)榱恪?目前已查明在常壓下具有超導(dǎo)電性的元素金屬有32種（如右圖元素周期表中青色方框所示），而在高壓下或制成薄膜狀時(shí)具有超導(dǎo)電性的元素金屬有14種（如右圖元素周期表中綠色方框所示）。 元素的超導(dǎo)電性參數(shù)？元素的超導(dǎo)電性參數(shù)？ 超導(dǎo)現(xiàn)象首先是在導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)的，其轉(zhuǎn)變溫度最超導(dǎo)現(xiàn)象首先是在導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)的，其轉(zhuǎn)變溫度最高的是高的是NbNb3 3GeGe為為23.223.2K K。 1986 1986年貝諾茲和穆勒在對(duì)年貝諾茲和穆勒在對(duì)La-Be-Cu-OLa-Be-Cu-O系的研究中系的研究中發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象，其轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象，其

5、轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到3535K K。 開(kāi)始了新型超導(dǎo)體的研究熱潮，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度不開(kāi)始了新型超導(dǎo)體的研究熱潮，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度不斷被提高。斷被提高。 Y-Be-Cu-O系（系（ 90K ）， Be-Sr-Ca-Cu-O系（系（ 110K ），），Ti-Be-Ca-Cu-O系（系（ 120K ），被稱為高溫超導(dǎo)體。），被稱為高溫超導(dǎo)體。2.10.2 2.10.2 超導(dǎo)體的性能超導(dǎo)體的性能1 1、完全的導(dǎo)電性、完全的導(dǎo)電性 昴尼斯實(shí)驗(yàn)證明：昴尼斯實(shí)驗(yàn)證明： 超導(dǎo)體在超導(dǎo)態(tài)時(shí)是等電位的，超導(dǎo)體在超導(dǎo)態(tài)時(shí)是等電位的，電阻為電阻為0 0。 將超導(dǎo)體做成環(huán)在溫度將超導(dǎo)體做成環(huán)在溫度TTTTC C放入磁場(chǎng)中，環(huán)中放入磁場(chǎng)

6、中，環(huán)中無(wú)電流。將溫度降到無(wú)電流。將溫度降到TcTc以下，也無(wú)電流產(chǎn)生，此時(shí)撤以下，也無(wú)電流產(chǎn)生，此時(shí)撤去磁場(chǎng)，環(huán)內(nèi)將有感生電流產(chǎn)生，電流不隨時(shí)間而衰去磁場(chǎng)，環(huán)內(nèi)將有感生電流產(chǎn)生，電流不隨時(shí)間而衰減。減。表明超導(dǎo)體在超導(dǎo)態(tài)時(shí)是等電位的，電阻為表明超導(dǎo)體在超導(dǎo)態(tài)時(shí)是等電位的，電阻為0 0。2. 2. 完全抗磁性完全抗磁性 當(dāng)超導(dǎo)體冷卻到臨界溫度以下而轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)后，只要周當(dāng)超導(dǎo)體冷卻到臨界溫度以下而轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)后，只要周?chē)耐饧哟艌?chǎng)沒(méi)有強(qiáng)到破壞超導(dǎo)性的程度，超導(dǎo)體就會(huì)把穿透圍的外加磁場(chǎng)沒(méi)有強(qiáng)到破壞超導(dǎo)性的程度，超導(dǎo)體就會(huì)把穿透到體內(nèi)的磁力線完全排斥出體外，在超導(dǎo)體內(nèi)永遠(yuǎn)保持磁感應(yīng)到體內(nèi)的磁力線完

7、全排斥出體外，在超導(dǎo)體內(nèi)永遠(yuǎn)保持磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。超導(dǎo)體的這種特殊性質(zhì)被稱為強(qiáng)度為零。超導(dǎo)體的這種特殊性質(zhì)被稱為“邁斯納效應(yīng)邁斯納效應(yīng)”。 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，它們既邁斯納效應(yīng)與零電阻現(xiàn)象是超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特性，它們既互相獨(dú)立，又密切聯(lián)系?；ハ嗒?dú)立，又密切聯(lián)系。 超導(dǎo)體的完全抗磁性機(jī)理：超導(dǎo)體的完全抗磁性機(jī)理： 這是由于外磁場(chǎng)在試樣表面感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電流，此電流由于所經(jīng)路徑電阻為零，故它所產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)總是與外磁場(chǎng)大小相等，方向相反，因而使超導(dǎo)體內(nèi)的合成磁場(chǎng)為零。 因此感應(yīng)電流能將外磁場(chǎng)從超導(dǎo)體內(nèi)擠出，故稱抗磁感應(yīng)電流或屏蔽電流。2.10.3 2.10.3 超導(dǎo)電性的

8、影響因素和基本臨界參數(shù)超導(dǎo)電性的影響因素和基本臨界參數(shù) 溫度（TC）超導(dǎo)體必須冷卻至某一臨界溫度以下才能保持其超導(dǎo)性。臨界電流密度（JC）通過(guò)超導(dǎo)體的電流密度必須小于某一臨界電流密度才能保持超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。臨界磁場(chǎng)（HC）施加給超導(dǎo)體的磁場(chǎng)必須小于某一臨界磁場(chǎng)才能保持超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。以上三個(gè)參數(shù)彼此關(guān)聯(lián)，其相互關(guān)系如右圖所示。 超導(dǎo)材料的應(yīng)用超導(dǎo)材料的應(yīng)用超導(dǎo)材料最誘人的應(yīng)用是發(fā)電超導(dǎo)材料最誘人的應(yīng)用是發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能。、輸電和儲(chǔ)能。 由于超導(dǎo)材料在超導(dǎo)狀態(tài)下由于超導(dǎo)材料在超導(dǎo)狀態(tài)下具有具有零電阻和完全的抗磁性零電阻和完全的抗磁性，因此只需消耗極少的電能，就因此只需消耗極少的電能，就可以獲得可

9、以獲得1010萬(wàn)高斯以上的穩(wěn)態(tài)萬(wàn)高斯以上的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)。而用常規(guī)導(dǎo)體做磁體強(qiáng)磁場(chǎng)。而用常規(guī)導(dǎo)體做磁體，要產(chǎn)生這么大的磁場(chǎng)，需要，要產(chǎn)生這么大的磁場(chǎng)，需要消耗消耗3.53.5兆瓦的電能及大量的冷兆瓦的電能及大量的冷卻水，投資巨大。卻水，投資巨大。超導(dǎo)磁體可用于制作交流超導(dǎo)磁體可用于制作交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、磁流體發(fā)電機(jī)和超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、磁流體發(fā)電機(jī)和超導(dǎo)輸電線路等。超導(dǎo)輸電線路等。 2.10.4 2.10.4 超導(dǎo)體分類(lèi)超導(dǎo)體分類(lèi)第第II II類(lèi)超導(dǎo)體類(lèi)超導(dǎo)體除金屬元素釩、锝和鈮外，第II類(lèi)超導(dǎo)體主要包括金屬化合物及其合金。第II類(lèi)超導(dǎo)體和第I類(lèi)超導(dǎo)體的區(qū)別主要在于：第II類(lèi)超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時(shí)有一

10、個(gè)中間態(tài)（混合態(tài)）第II類(lèi)超導(dǎo)體的混合態(tài)中有磁通線存在，而第I類(lèi)超導(dǎo)體沒(méi)有；1)第II類(lèi)超導(dǎo)體比第I類(lèi)超導(dǎo)體有更高的臨界磁場(chǎng)。第II類(lèi)超導(dǎo)體根據(jù)其是否具有磁通釘扎中心而分為理想第II類(lèi)超導(dǎo)體和非理想第II類(lèi)超導(dǎo)體。理想第II類(lèi)超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)比較完整，不存在磁通釘扎中心，并且當(dāng)磁通線均勻排列時(shí)，在磁通線周?chē)臏u旋電流將彼此抵消，其體內(nèi)無(wú)電流通過(guò)，從而不具有高臨界電流密度。非理想第II類(lèi)超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)存在缺陷，并且存在磁通釘扎中心，其體內(nèi)的磁通線排列不均勻，體內(nèi)各處的渦旋電流不能完全抵消，出現(xiàn)體內(nèi)電流，從而具有高臨界電流密度。在實(shí)際上，真正適合于實(shí)際應(yīng)用的超導(dǎo)材料是非理想第II類(lèi)超導(dǎo)體。 2.

11、10.5 2.10.5 超導(dǎo)現(xiàn)象的物理本質(zhì)超導(dǎo)現(xiàn)象的物理本質(zhì)庫(kù)柏對(duì)的運(yùn)動(dòng)：庫(kù)柏對(duì)的運(yùn)動(dòng)： 每個(gè)電子對(duì)在運(yùn)動(dòng)中的總動(dòng)量保持不變。表現(xiàn)每個(gè)電子對(duì)在運(yùn)動(dòng)中的總動(dòng)量保持不變。表現(xiàn)出零電阻的特性。出零電阻的特性。2.11.1 2.11.1 金屬金屬- -金屬的接觸電效應(yīng)金屬的接觸電效應(yīng) 1. 1. 金屬電子的逸出功金屬電子的逸出功 金屬中自由電子逃逸出金屬表面所需要的最小能金屬中自由電子逃逸出金屬表面所需要的最小能量。用量。用表示表示2.11 接觸電性2.11 接觸電性金屬表面勢(shì)壘金屬表面勢(shì)壘 - -E E0 0電子具有的最大動(dòng)能，費(fèi)米能電子具有的最大動(dòng)能，費(fèi)米能E EF F，逸出功逸出功 = = E

12、E0 0 - E- EF F 逸出點(diǎn)位逸出點(diǎn)位 V V= = /e/e 金屬的逸出功在光電子發(fā)射，熱電子發(fā)射，溫差金屬的逸出功在光電子發(fā)射，熱電子發(fā)射，溫差電現(xiàn)象等用重要應(yīng)用。電現(xiàn)象等用重要應(yīng)用。2. 2. 金屬金屬- -金屬接觸（金屬接觸（MMMM結(jié)）結(jié)）2.11 接觸電性 兩個(gè)不同的金屬相互緊密接觸時(shí)，在接觸面附近兩個(gè)不同的金屬相互緊密接觸時(shí)，在接觸面附近形成的特殊區(qū)域。形成的特殊區(qū)域。電子擴(kuò)散電子擴(kuò)散2.11 接觸電性接觸電位差形成的原因之一：接觸電位差形成的原因之一：兩種金屬逸出功不同兩種金屬逸出功不同電子發(fā)生擴(kuò)散電子發(fā)生擴(kuò)散形成空間電場(chǎng)形成空間電場(chǎng)擴(kuò)散和漂移相互競(jìng)爭(zhēng)擴(kuò)散和漂移相互競(jìng)爭(zhēng)

13、達(dá)到平衡狀態(tài)達(dá)到平衡狀態(tài)形成一定的電位差形成一定的電位差電位差：電位差：V()VVe 212112.11 接觸電性接觸電位形成的原因之二：接觸電位形成的原因之二：兩種金屬的自由電子密度不同兩種金屬的自由電子密度不同電子發(fā)生擴(kuò)散電子發(fā)生擴(kuò)散形成空間電場(chǎng)形成空間電場(chǎng)擴(kuò)散和漂移相互競(jìng)爭(zhēng)擴(kuò)散和漂移相互競(jìng)爭(zhēng)達(dá)到平衡狀態(tài)達(dá)到平衡狀態(tài)形成一定的電位差形成一定的電位差金屬的接觸電位差為這兩個(gè)原因形成電位差的疊加。金屬的接觸電位差為這兩個(gè)原因形成電位差的疊加。2.11.2 2.11.2 金屬金屬- -半導(dǎo)體的接觸電效應(yīng)半導(dǎo)體的接觸電效應(yīng) 1. 1. 半導(dǎo)體存在表面勢(shì)半導(dǎo)體存在表面勢(shì) 2. 2. 金屬電子的逸出功

14、和半導(dǎo)體存在表面勢(shì)不同金屬電子的逸出功和半導(dǎo)體存在表面勢(shì)不同 3.3.金屬金屬- -半導(dǎo)體接觸。半導(dǎo)體接觸。 4.4.發(fā)生擴(kuò)散發(fā)生擴(kuò)散 5. 5. 在金屬和半導(dǎo)體間形成電位差在金屬和半導(dǎo)體間形成電位差N型半導(dǎo)體表面勢(shì)小，電子向金屬中擴(kuò)散。型半導(dǎo)體表面勢(shì)小，電子向金屬中擴(kuò)散。P型半導(dǎo)體表面勢(shì)大，電子向半導(dǎo)體中擴(kuò)散。型半導(dǎo)體表面勢(shì)大，電子向半導(dǎo)體中擴(kuò)散。2.11.3 P2.11.3 P型型-N-N型半導(dǎo)體接觸電效應(yīng)（已講）型半導(dǎo)體接觸電效應(yīng)（已講）2.11.4 2.11.4 金屬金屬- -氧化物氧化物- -半導(dǎo)體的接觸電效應(yīng)半導(dǎo)體的接觸電效應(yīng)2.11.5 2.11.5 金屬金屬- -電介液接觸電效

15、應(yīng)電介液接觸電效應(yīng)2.12.1 2.12.1 第一熱電效應(yīng)第一熱電效應(yīng)- -塞貝克效應(yīng)塞貝克效應(yīng) 兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若在兩接頭處存在溫度差則回路中將有電位差及電流產(chǎn)生，稱為塞貝克效應(yīng)塞貝克效應(yīng)。2.12 熱電性 熱端的高能電子向冷端熱擴(kuò)散，在兩端分別形成異號(hào)電荷積累區(qū)，形成內(nèi)電場(chǎng)，當(dāng)擴(kuò)散和漂移平衡時(shí)，形成穩(wěn)定的電位差。溫差越高，電位差越大。不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）熱電勢(shì)率不同。2.12.2 2.12.2 第二熱電效應(yīng)第二熱電效應(yīng)- -玻爾帖效應(yīng)玻爾帖效應(yīng) 當(dāng)有電流通過(guò)兩個(gè)不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成的回路時(shí)，除產(chǎn)生不可逆的焦?fàn)枱嵬?，還要有兩接頭處分別出現(xiàn)吸收或放出熱量Q的

16、現(xiàn)象，Q稱為玻爾帖熱，此現(xiàn)象為玻爾帖效應(yīng)，被認(rèn)為是塞貝克效應(yīng)的逆效應(yīng)。被用于溫差制冷。2.12.3 2.12.3 第三熱電效應(yīng)第三熱電效應(yīng)- -湯姆遜效應(yīng)湯姆遜效應(yīng) 當(dāng)電流通過(guò)具有一定溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，會(huì)有一橫向熱流流入或流出導(dǎo)體，其方向視電流的方向和溫度梯度的方向而定，此現(xiàn)象為湯姆遜效應(yīng)。2.12.4 2.12.4 熱電子效應(yīng)熱電子效應(yīng) 固體受熱后，出現(xiàn)大量電子逸出固體進(jìn)入真空，形成電子發(fā)射的熱電現(xiàn)象稱為熱電子效應(yīng)。1、熱電子發(fā)射機(jī)理固體受熱，內(nèi)部自由電子的動(dòng)能增加，當(dāng)溫度足夠高、動(dòng)能足夠大（大于逸出功），電子逸出固體表面。2、熱電子效應(yīng)的應(yīng)用電子管、X射線管，陰極射線管，電子顯微鏡等2.1

17、3.1 2.13.1 壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)定義：在某些晶體（絕緣介電材料）的一定方向上施加壓力或拉力，則在晶體的一些對(duì)應(yīng)的表面上分別出現(xiàn)正、負(fù)電荷，其電荷密度與施加的外力大小成正比。力致形變產(chǎn)生電極化。晶體的非中心對(duì)稱性是產(chǎn)生壓電效應(yīng)的必要條件。常見(jiàn)的壓電晶體： 石英晶體、鈦酸鋇、鈮酸鋰等。2.13 壓電性壓電性2.13 壓電性壓電性2.13.2 2.13.2 壓電效應(yīng)的應(yīng)用壓電效應(yīng)的應(yīng)用壓電振蕩器(石英振蕩器）超聲發(fā)射器和接收器信號(hào)處理器壓電發(fā)電機(jī)、壓電馬達(dá)2.14.1 2.14.1 熱釋電性熱釋電性定義：在某些絕緣體中，由于溫度變化而引起電極化狀態(tài)改變的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)。這類(lèi)材料被

18、稱為熱電體。 熱釋電效應(yīng)只發(fā)生在非中心對(duì)稱,并具有極性的晶體中。晶體內(nèi)部存在自發(fā)極化。2.14 熱釋電性熱釋電性2.14 熱釋電性熱釋電性2.14.2 2.14.2 熱釋電性的應(yīng)用熱釋電性的應(yīng)用紅外探測(cè)器、熱成像。2.14 熱釋電性熱釋電性2.15 鐵電性鐵電性鐵電性鐵電性 介電材料中，無(wú)外加電場(chǎng)時(shí)，介電材料中，無(wú)外加電場(chǎng)時(shí)，宏觀上并不表現(xiàn)出極化現(xiàn)象。宏觀上并不表現(xiàn)出極化現(xiàn)象。在外電場(chǎng)的作用下，具有電極在外電場(chǎng)的作用下，具有電極化滯后的現(xiàn)象（化滯后的現(xiàn)象（電滯電滯）。這類(lèi)）。這類(lèi)材料稱為材料稱為鐵電體鐵電體。 鐵電體由于自發(fā)極化可以在內(nèi)部形成若干均勻極化的區(qū)域，它們的極化方向不同，這些區(qū)域稱為

19、電疇電疇。晶體宏觀上不表現(xiàn)出電極性。 鐵電體的特征是具有電疇結(jié)構(gòu)的晶體，這些電疇的界面稱為“疇壁疇壁”。原因：原因：鐵電性特征鐵電性特征: :具有居里點(diǎn)，其自發(fā)極化能因外電場(chǎng)而重新取向，鐵電體只有在極化之后才能表面出熱釋電效應(yīng)。鐵電體都具有熱釋電性，但與非鐵電體的熱釋電性的微觀機(jī)理不同，熱釋電系數(shù)大很多。好的熱電體都是鐵電體。一般材料因微觀結(jié)構(gòu)對(duì)稱性太低，每個(gè)晶胞會(huì)出現(xiàn)非零的自發(fā)極化極強(qiáng)度Ps， 并且所有晶胞的自發(fā)電偶 極矩同向排列，使宏觀極 化強(qiáng)度P=Ps。介電體介電體32壓電體壓電體20熱電體熱電體10鐵電體鐵電體鐵電性的晶體分類(lèi)：1、以鈦酸鋇為代表的位移型鐵電體位移型鐵電體（硬鐵電體），

20、它們?cè)诮禍剡^(guò)程中，從順電到鐵電的轉(zhuǎn)變，是由于晶體中正離子Ba2+和Ti4+的亞點(diǎn)陣和負(fù)離子O2-的亞點(diǎn)陣發(fā)生了相對(duì)位移。2、以磷酸二氫鉀為代表的有序有序- -無(wú)序型鐵電體無(wú)序型鐵電體（軟鐵電體），它們從順電到鐵電的轉(zhuǎn)變是氫鍵的“無(wú)序-有序”的過(guò)程。2.16 光電性光電性：光電性：某些物質(zhì)（金屬和半導(dǎo)體）受到光照后，某些物質(zhì)（金屬和半導(dǎo)體）受到光照后，引起引起物質(zhì)電性物質(zhì)電性發(fā)生變化。發(fā)生變化。原因：原因： 是光子與電子相互作用的結(jié)果是光子與電子相互作用的結(jié)果。光子主要是被吸收或改變頻率和方向；電子發(fā)生能量和狀態(tài)的變化，從束縛局域的狀態(tài)轉(zhuǎn)變到比較自由的狀態(tài)，因而導(dǎo)致物質(zhì)電性的變化。2.16.1

21、2.16.1 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng) 固體受光照后從表面逸出電子的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)或光電發(fā)射效應(yīng)，逸出的電子稱為光電子。2.16 光電性 近代物理已確認(rèn)了光的波粒二象性，外光電效應(yīng)是光的粒子性的表面。同時(shí)愛(ài)因斯坦建立了如下公式：2021mvh應(yīng)用：光電倍增管。用于探測(cè)各種高能粒子。2.16.2 2.16.2 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng) 物體受光照后無(wú)電子發(fā)射，但其電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)。 1、光電導(dǎo)效應(yīng) 半導(dǎo)體受光輻射時(shí)，電導(dǎo)率增加而變得易于導(dǎo)電。 半導(dǎo)體受光輻射時(shí)，導(dǎo)帶中的自由電子極少，近似空帶，而價(jià)電子全部束縛于滿的價(jià)帶中，故電導(dǎo)率很小。要打破電子的這種分布

22、格局，就必須輸入能量，以破壞原子間的價(jià)鍵，將電子從價(jià)帶提升到導(dǎo)帶-光電導(dǎo)效應(yīng)。應(yīng)用：（1）光敏電阻（2）紅外光電導(dǎo)探測(cè)器（3）高速光電開(kāi)關(guān)（4）光電導(dǎo)攝像管（5）靜電復(fù)印機(jī)的有機(jī)光電導(dǎo)體等光探測(cè)器。2、光生伏特效應(yīng) 半導(dǎo)體受光輻射時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（電位差）的現(xiàn)象。 要在光照下產(chǎn)生電位差，需要一種將正負(fù)載流子在空間上分離的機(jī)制。因機(jī)制的不同可分為：丹倍效應(yīng)；光磁電效應(yīng)；PN結(jié)光生伏特效應(yīng)等。（1）丹倍效應(yīng) 由于光生非平衡載流子擴(kuò)散速度的差異，所引起的光照方向的電場(chǎng)和電位差的現(xiàn)象，由丹倍于1931年提出，故稱為丹倍效應(yīng)。 一束頻率足夠高的光照射到均勻半導(dǎo)體，在表面處附近產(chǎn)生大量電子-空穴對(duì)，由于載流子

23、濃度的差異，發(fā)生載流子擴(kuò)散。由于電子和空穴的擴(kuò)散速度不同，在光照一面有空穴聚集，在反面有電子聚集，形成內(nèi)電場(chǎng)。當(dāng)擴(kuò)散和漂移達(dá)到平衡時(shí)，兩面存在穩(wěn)定的電位差。（2）光磁電效應(yīng) 當(dāng)在垂直與光照的方向上再加一個(gè)磁場(chǎng)，則在半導(dǎo)體的兩側(cè)端面間將產(chǎn)生電位差，此現(xiàn)象稱為光磁電效應(yīng)。（3）PN結(jié)光生伏特效應(yīng) 當(dāng)光照射在PN結(jié)上，在PN結(jié)上會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（電位差），此現(xiàn)象稱為PN結(jié)光生伏特效應(yīng)。擴(kuò)散-漂移平衡，使得P區(qū)空穴聚集、N區(qū)電子聚集，兩區(qū)形成電位差。用于光電池2.17 磁電性 將運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體，通電的導(dǎo)體或半導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（電位差）、電阻變化等，這類(lèi)磁致電變的現(xiàn)象稱為磁電效應(yīng)。2.17.1 2.17.1 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的載流子有作用，致使產(chǎn)生橫向電位差的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)。1. 1.普通金屬的霍爾效應(yīng)普通金屬的霍爾效應(yīng)aEVHH