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1、第二章 电性功能材料,新型功能材料 New Functional Materials,内 容 简 介,导电与超导材料 半导体材料 电热与电光材料 离子导体和导电高分子材料 电阻材料 介电材料,电性功能材料是指那些具有导电特性的物质,欧姆定律 iE或Ei,1/(为电阻率),物质的导电性用电导率来表征,电导率的大小决定了固态物质的导电性能,i为金属中的电流密度，为金属的电导率，E为施加在金属上的电场强度。,固体的导电性,L,RS,=,导电功能材料的分类,导体(106108S/m),半导体(10-9105S/m),绝缘体(10-2010S/m),S?,电导率 S/m,绝缘体,半导体,导体,超导体：,
2、金属导电材料、高分子导电材料,半导体材料,电阻材料、介电与绝缘体材料,非金属导电材料、超导材料,导电功能材料的分类,第一节 导电功能材料 金属导电材料 非金属导电材料 超导材料第二节 电阻材料第三节 半导体材料,本 章 内 容,第一节、导电功能材料,按导电机理导电功能材料可分为：电子导电材料和离子导电材料两大类。电子导电材料包括导体、超导体和半导体。,第一节、导电功能材料,金属导电材料非金属导电材料超导材料,金属材料的导电性能的解释分别采用以下三个理论：,一.自由电子理论,二.能带理论,三.近代电导理论,固体的导电性质,导电材料，是指用以传送电流而无或只有很小电能损失的材料。,金属导电材料,布
3、线材料,导电引线材料,金属导电材料,电导率,表征,导电引线材料,金属导电材料,常用电解铜的纯度为(99.9799.98)wt，含少量金属杂质和氧。,电导率为(9899)称为半硬铜，而电导率为(9698)%称为硬铜。,铜中的杂质将降低电导率，特别是氧，会使产品性能大大下降。,（1）铜,无氧铜(OFHCC)具有性能稳定、抗腐蚀、延展性好、抗疲劳、高导电率的特性。,一般拉成细丝，用于海底同轴电缆的外部软线、太阳能电池、高温抗氧化电极等。,金属导电材料导电引线材料,（2）铝,铝的纯度为(99.699.8)wt%，电导率为61(仅次于Ag、Cu、Au)，相对密度只有铜的1/3。因此它可以代替铜导线制成高
4、压配电线。,如160KV以上用的钢丝增强铝电缆ACSR、合金增强导线ACAR、全铝合金导线AAAC等。,国际上通用的硬铝线HAl则主要用于送、配电线，它只能在90以下连续使用。大容量高压输电导线要在150下连续工作，需用含Zr等耐热铝合金TAl；而变电所用的母线则要在200下连续工作，必须使用超耐热铝合金STAl。,金属导电材料导电引线材料,问题：说明电导率单位的意义？,主要采用Au、Ag、Cu、Al等电导率高的材料，有时也使用金属粉和石墨粉与非金属材料混合的复合导电材料，其电阻率通常比强电用材料的电阻率高的多，并有厚膜和薄膜之分。,导体布线材料,金属导电材料导电布线材料,厚膜布线导体,金属导
5、电材料导电布线材料,特点,贵金属厚膜导体,制作方法,导体浆料丝网印刷后烧结而成,金属导电材料导电布线材料,要求,金属导电材料导电布线材料,薄膜布线导体,具有导电性好、附着力强、化学稳定性高、可焊性和耐焊性均好、成本低等特点。,单元膜指用单种金属形成的单层薄膜导体，如Al膜,良好的导电性，易于成膜，良好的附着性、可焊性、成本低,薄膜表面的氧化层给锡焊造成困难，与金属形成的脆性金属化合物造成焊点脱开，抗电迁移能力弱。,底层是使顶层导体膜牢固地附着在基片上顶层起导电和焊接作用,高温薄膜导体贱金属薄膜导体,金属导电材料导电布线材料,用不同金属膜所构成的多层薄膜导体，如CrAu膜、TiPdAu膜等,复合
6、薄膜导体的结构一般包括底层和顶层两部分,应用最广!,薄膜导体材料的发展方向,非金属导电材料,非金属导电材料,介电材料,快离子导电陶瓷,高分子导电材料,非金属导电材料快离子导体陶瓷材料,快离子导体陶瓷材料,常见的快离子导体陶瓷材料,非金属导电材料快离子导体陶瓷材料,一些快离子导体导电率和激活能,纯的氧化锆是从ZrSiO4锆矿中以化学方法提取的具有三种晶体结构：单斜、四方和立方结构,非金属导电材料快离子导体陶瓷材料,常见快离子导体材料1,立方稳定的氧化锆(CSZ),通过加入低价离子代替部分锆可以把立方晶体结构稳定到室温,单斜晶体结构：1170以下稳定的；四方晶体结构：1170-2370稳定；立方晶
7、体结构：2370到熔点2680是稳定的。,低价位元素取代高价位元素:ZrO2(Y2 O3),非金属导电材料快离子导体陶瓷材料,立方ZrO2具有萤石的结构，O2-离子排成简单立方。在点阵的12处占据着Zr4+间隙原子。低价阳离子置换Zr4+导致O2-离子空位的形成。空位稳定了结构，同样导致在氧的亚晶格中高的迁移率。,非金属导电材料快离子导体陶瓷材料,稳定氧化锆立方结构的元素:La、Sc、Ir、Mg、Ca、Mn和In。其主要条件是离子半径接近Zr4+的离子半径(r84pm)。,-氧化铝是一类非化学计量、通式为M+2OxA3+2O3(M+=Na+、K+、Li+、Rb+、Ag+、Cu+、Ga+、Tl+
8、、H3O+、NH4+、H+等；A3+=A13+、Ga3+、Fe3+)的化合物(铝酸盐)的总称，其中x可以是5-11之间的各种数值，当x不同时，可有不同结构。,非金属导电材料快离子导体陶瓷材料,常见快离子导体材料2,-氧化铝,研究最多的两种结构是铝酸钠的两种变体：-A12O3(Na2O11Al2O3)和-A12O3(Na2O5.33Al2O3)。由于M+在结构的堆积面中扩散，产生很高的离子电导，使-氧化铝簇化合物成为快离子导体中一组重要的材料。,非金属导电材料快离子导体陶瓷材料,常见快离子导体材料2,-氧化铝,二、导电高分子材料,继1977年发现了掺杂型聚乙炔具有类似金属的电导率之后，开始了对导
9、电高分子材料的研究。,与金属相比，导电高分子材料具有重量轻、易形成、电阻率可调节、可通过分子设计合成出具有不同特性的导电性等特点。,非金属导电材料导电高分子材料,非金属导电材料导电高分子材料,根据导电原理,导电高分子功能材料的分类,1.结构型导电高分子材料,结构型高分子导电材料中，至今只有聚氮化硫(SNfn)可算是纯粹的结构型导电高分子材料，其他的许多几乎是用氧化还原、离子化或电化学方法进行掺杂后才具有较高的导电性。,目前研究较多的是聚乙炔、聚苯胺、聚苯硫醚、聚噻吩、聚吡咯等。,但是掺杂使得材料的稳定性变差，成膜性降低，所以通过分子设计形成稳定性好、易于成形加工的材料。主要有蓄电池和微波吸收材
10、料。,非金属导电材料导电高分子材料,Conducting polymer 2000 Nobel Prize in Chemistry,pz orbitals perpendicular to the polymer backboneHybridization between pz orbitalsFormations of delocalized p orbitalElectron conduction Semiconducting&Metallic(doping),PA,PPV 聚乙烯基吡咯,Burroughes et al.Nature 347,539(1990)Cambridge gro
11、up,Tang et al.APL 51,923(1987)Kodak group,(1)蓄电池,最有发展前途的是掺杂聚乙炔和掺杂聚苯硫醚。掺杂聚乙炔蓄电池的优点是重量轻、体积小、容量大、能量密度高、不需维修、加工简便等，而其缺点是电极材料和电解液不稳定等。,(2)吸波材料,作为吸波材料，可以对导电聚合物的厚度、密度和导电性进行调整，从而可调整材料的微波反射系数和吸收系数，吸收系数可达105cm-1。导电聚合物薄膜重量轻，柔性好，可作为包括飞机在内的任何设备的蒙皮。,非金属导电材料导电高分子材料,2.复合型导电高分子材料,复合型导电高分子材料是在通用树脂中加入导电性填料、添加剂，采用一定的成形
12、方法而制得的。,通用树脂主要是聚烯烃，如聚丙稀、聚氯乙烯、ABS以及聚酯类、聚酰胺等。,非金属导电材料导电高分子材料,添加剂有抗氧剂、固化剂、溶剂、润滑剂等。,导电填料有金、银、铜、铝等金属粉，铝纤维、黄铜纤维等金属纤维、金属氧化物等。,影响复合型导电高分子材料导电性能的主要因素：填料种类、金属形状、树脂种类、填料分散状态以及导电填料的用量。,一般为了使电阻率小且稳定，选用硬度大、热变形温度高的树脂，并且在一定的温度范围内提高固化温度，延长固化时间。,复合型导电高分子材料有导电胶粘剂、导电塑料、导电薄膜、导电涂料等。,非金属导电材料导电高分子材料,非金属导电材料导电高分子材料,导电薄膜一般是在
13、普通塑料薄膜上形成导电层的复合材料，具有透明性和可挠性、重量轻、易加工等优点，可作为电气零件、电子照相、电磁屏蔽等。,导电塑料包括以聚烯烃或其共聚物为基础，加入导电填料与抗氧剂及润滑剂等后经混炼加工而成，和用于电线、泡沫塑料等的聚烯烃导电塑料以及导电尼龙等。,导电胶粘剂是兼有导电性和粘结性双重性能的胶粘剂，它具有一定的导电性和良好的粘结性能，主要有环氧树脂、酚醛树脂导电胶和某些粘结性能较好的热塑性树脂导电胶等。,介电性质,电容器的极板间充满电介质时的电容与极板间为真空时的电容之比值称为（相对）介电常数。,非金属导电材料介电材料,电介质经常是绝缘体：如陶瓷，云母，玻璃，塑料和各种金属氧化物等。,
14、电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，使得它的行为象它有更短的波长一样。,介电陶瓷,衡量介电材料的最主要的参数是介电常数和损耗角。,非金属导电材料介电陶瓷,介电陶瓷是最主要的介电材料，它在电容器、红外探测器、空气和水的声音探测器等方面有广泛的应用。,介电材料的一个非常有用的性质就是它所含有的电子、离子或是分子会因外加电场的介入而极化，从而改变器件的电特性。,非金属导电材料介电陶瓷,(3)介电陶瓷材料的实际应用,主要应用在制造陶瓷电容器和微波介质元件方面,(a)
15、温度补偿电容器介电陶瓷:主要用于高频振荡电路中作为补偿电容介质。,(b)微波介质陶瓷:主要用于制作微波电路元件，如MgOSiO2系陶瓷、MgOCaOTiO2系陶瓷等。,(c)高介高压电容器陶瓷：主要有钛酸锶、钛酸钡和铌酸铅镁陶瓷。应用在电视机、雷达高压电路、断路器等方面。,非金属导电材料介电陶瓷,超导材料,超导的发现,超导现象,Zero Resistance-No Power Loss Meissner Effect-Act as Magnet Critical Properties-Tc Jc,Hc Josephson Effects-Electron Tunnelling,超导材料,具有超
16、导特性的材料称为超导材料,超导材料的基本特性,1零电阻效应,当温度T下降至某一数值以下时，超导体的电阻突然变为零，这就称为超导体的零电阻效应，也称为超导电性。,汞在液氦温度附近电阻的变化行为,电阻,超导材料的基本特性,2超导体的完全抗磁性（迈斯纳效应）,磁悬浮现象,磁悬浮列车,应用,超导电性的T-I-H临界面,3超导体的三个特征值,临界温度（Tc）、临界电流（Ic）和临界磁场（Hc）是“约束”超导现象的三大临界条件。,超导材料的基本特性,常导态转变为超导态、电阻突然变为零时的温度,超导态允许的最大电流,维持超导所需的最大磁场强度,低温超导体：Low Temperature Supercondu
17、ctors(LTC)如 V3Si(17.0K),Nb3Sn(18.2K),Nb3Ge(22.2K)高温超导体：High Temperature Superconductors(HTS)氧化物陶瓷，如 YBCO,Bi2223中温超导体：Intermediate Temperature Superconductors 金属间化合物，MgB2,超导材料,3超导材料的分类,在元素周期表相应位置的元素中，有的可由单一元素制成超导材科，但绝大多数超导材料是由多种元素构成的合金、化合物或陶瓷。,超导材料的组成元素,金属、类金属及非金属,超导材料,一些超导材料及c值,超导材料,提高超导转变温度（Tc）的历史进
18、程,超导材料,高温超导材料的发展,二十世纪八十年代是超导电性探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体，1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K。由于陶瓷性金属氧化物一般来说是绝缘物质，因此这个发现意义非常重大，他们获得了1987年的诺贝尔物理学奖。1987年在超导材料的探索中又有新的突破，美国休斯顿大学物理学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后宣布制成临界温度约为90K的超导材料YBCO。1988年初日本宣布制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此，人们终于实现了液氮温区超导体的梦想，
19、实现了科学史上的重大突破。2001年，日本科学家秋光纯发现了临界温度为40K的超导体：MgB2。,虽然现有的高温超导体还必须用液态氮来冷却,这一发现仍被认作二十世纪科学史上最伟大的发现之一.,YBCO,Bi2223,MgB2,超导材料的结构,MgB2超导体是符合电声子作用 BCS理论的第二类超导体;临界转变温度 Tc40 K;具有双能隙结构;早在1954年就已合成,但是未发现其超导电性.,超导材料MgB2,MgB2超导材料的特点:有希望部分替代LTS&HTS,Generators&Motors,JcE A/cm2,B/Tesla,FaultCurrent Limiters,Cables,Tra
20、ns-formers,Super-conducting energy storage,David Caplin,Commercial Uses of Magnesium Diboride Superconductor in the Electric Power Industries.Cambridge 12th April 2002,超导材料MgB2,超导材料MgB2,Hyper Tech Research,Hyper Tech公司Ex-situ法连续制备线带材技术,60 meters,1.2 mm Mono,超导材料MgB2,MgB2线带材PIT制备技术现状,wire drawing,wir
21、e rolling,Cold Working,long lengths of tape,超导材料MgB2,Multifilament Fabrication at HTR,Elemental Powders+Additions,Mechanical Alloying,Standard Wire Drawing,Heat Treatment,MgB2超导材料的应用,36 filaments plus Cu,Nb CTFF in Cu-restacked in CuNi,18 filaments plus Cu,Nb CTFF in Cu-restacked in CuNi,7 filaments
22、,Fe CTFF in Cu-restacked in CuNi,Strand Architectures,54 filaments plus Cu,Nb CTFF in Cu-restacked in CuNi,高温超导材料的应用,MgB2超导材料的应用,Superconducting properties of CNT doped wires,上海大学在MgB2超导材料研究方面的进展应用强磁场技术,Jc(H)for MgB2 wires,0 2 4 6 8 Field(T),上海大学在MgB2超导材料研究方面的进展应用强磁场技术,导带是电子,掺入杂质提供导带电子,电声子作用使电子局域配对,
23、1991 A3C60的超导电性,超导材料的结构,第一个被发现的有机超导体是(TMTSF)2PF6，尽管这种有机盐的超导转变温度只有0.9K，但是，它的发现预示了一个新的超导电性研究领域的出现。,超导材料其他类型超导体,有机超导体,有机超导体具有低维特性、低电子密度和异常的频率关系，已引起了众多科学家的注意。,(TMTSF)2PF6,（）大电流应用（强电应用）：超导发电、输电和储能等（）电子学应用（弱电应用）：超导计算机、超导天线、超导微波器件等（）抗磁性应用：磁悬浮列车和热核聚变反应堆等,超导材料的应用,高温超导材料的用途,最早出售的超导线材是Nb-Zr系，用于制造超导磁体。Nb-Zr合金具有
24、低磁场高电流的特点。1965年后被加工性能好、临界磁场高、成本低的Nb-Ti所取代。目前Nb-Ti系合金实用的线材使用最广，Nb-Zr-Ti，Nb-Ti-Ta，Nb-Ti-Zr-Ta用于磁流体发电机大型磁体。,超导材料的应用,Nb3 Sn 和 V3 Ga 是最先引起人们的注意的化合物超导体，其次是Nb3 Ga、Nb3 Al、Nb3(Al Ga)。实际能够实用的只有Nb3 Sn和V3 Ga两种。其它的化合物因难于加工线材还不能实用。,超导材料的应用,有望大规模应用的几种超导材料,商业化生产:B2223/Ag 带材 第一代高温超导材料大规模化研究:YBCO 涂层导体第二代高温超导材料成材研究:Mg
25、B2,超导材料的应用,国外HTS电缆 已进入全规模样机验证阶段,HTS超导材料的应用,The 3-phase,75 meter 10.5kV/1.5kA HTS Power Cable,HTS电缆在我国的研发进展,9.5M RMB 20032005,HTS超导材料的应用,Insulated cable Envelope300 meter,HTS超导材料的应用,HTS电缆在我国的研发进展,Overview of the Cable,HTS超导材料的应用,HTS电缆在我国的研发进展,The 3-phase,30 meter 35kV/2kA HTS Power Cable，installed at
26、 Puji Substation near Kunming,HTS电缆在我国的研发进展,35M RMB，20032005,HTS超导材料的应用,第二节、电阻材料,广义上，凡是利用物质的固有电阻特性来制造不同功能元件的材料都称作电阻材料。,调节器、电位器、精密仪器仪表用的精密电 阻合金；,加热器用的电阻材料;,传感器用的电阻合金；,电子工业用的膜电阻材料。,第二节、电阻材料,在尽可能宽的温度范围具有低的电阻温度系数TCR，且二次电阻温度系数值要小，电阻值的时间稳定性好。,直流下使用时要求对铜热电势要小。,良好的加工工艺性能和力学性能。,良好的耐磨性、抗氧化性和包漆性能。,可焊性好，一般易于(软)
27、钎焊。,对通信等方面的微型仪器仪表必须要求高的电阻率，即0.2 且电阻值的均匀性要好。,一.精密电阻合金,电阻材料,改良型铁铬铝电阻合金,常见的电阻合金,镍铜合金,改良型镍铬电阻合金,贵金属紧密电阻合金,锰铜合金,电阻材料,精密电阻合金成分及性能表,t=201+(t-20)+(t-20)2,精密合金电阻,精密合金电阻,一.精密电阻合金,电阻材料,二.电热器用电阻材料,电阻材料,高温下具有良好的抗氧化性及化学稳定性；具有高的电阻率和低的电阻温度系数；具有良好的加工工艺性能；具有足够的高温强度；价格低廉。,二.电热器用电阻材料电阻合金,(1)在较低温度下使用的CuNi合金如康铜合金；,(2)Ni基
28、电热合金，包括NiCr，和NiCrFe合金。,(3)Fe基电热合金，包括不同A1和Cr含量的 FeCrAl合金，其使用温度比Ni基电热合金高。,电阻材料,Ni基电热合金成分及特点,电阻材料,电热陶瓷材料的特点：耐高温、成本低、易于加工成管状和棒状。,常见的陶瓷材料有：碳化硅(SiC)、二硅化钼(MoSi2)、铬酸镧(LaCrO3)和锡氧化物(SnO2)等。,电阻材料,二.电热器用电阻材料电热陶瓷,温度(),标称电阻百分率,碳化硅电阻温度关系曲线,三.热敏电阻材料,热敏电阻材料分为合金和半导体陶瓷两类：,(1)热敏电阻合金：具有电阻温度系数很大、电阻值与温度成线性、电阻值的温度稳定性好等特点，被
29、广泛应用于航天航空器中的大气温度加热器和电褥、电熨斗等家用电器上。(2)热敏电阻类半导体陶瓷材料：有电阻随着温度升高而增大的正电阻温度系数PTCR型和电阻随温度升高而减小的负电阻温度系数NTCR型两种。它们属于铁电陶瓷，具有居里温度点Tc。,电阻材料,热敏电子合金化学成分,电阻材料,四.膜电阻材料,膜电阻材料包括厚膜电阻材料和薄膜电阻材料,膜电阻材料特点是：体积小、重量轻、性能好、可靠性高、便于混合集成化等。,电阻材料,区别在于成膜工艺方法：前者用厚膜杂化制备，后者用真空镀膜工艺制备。,(一)、厚膜电阻材料,厚膜电阻材料统称为厚膜电阻浆料，一般由导体粉料、玻璃粉料和有机载体组成。,导体粉料如金
30、属、金属氧化物、金属盐类、合金等，要求粒度在0.22.0m范围内，其作用是在电阻浆料经高温烧结后能保证电阻膜体的导电性能。,玻璃粉料一般采用硼硅铅系玻璃，保证形成的电阻膜体与基体之间的粘附。,有机载体作用是把导体粉料和玻璃粉料或其他固体粉料混合均匀并分散成膏状浆料，以便达到所要求的丝网印刷性能。,电阻材料,厚膜电阻材料被广泛用灭制造电阻网络、阻容功能模块、混合集成电路等各种元器件。,厚膜电阻浆料各成分配比范围,电阻材料,(二).薄膜电阻材料,薄膜电阻材料分为(镍铬系及钽系)金属薄膜电阻和金属陶瓷系氧化物薄膜电阻两大类。,薄膜电阻材料通常采用真空镀膜工艺(蒸发、溅射等)制成，它相对于块状电阻材料
31、，其电阻率更高、电阻温度系数可以控制得更小，膜层性能与其制作工艺和结构密切相关。,电阻材料,NiCr的电阻温度系数小、稳定性好、噪声系数小、制造工艺简单，特别适合制作中阻值的精密薄膜电阻。,Ta系具有自钝化性、可用阳极法调整阻值、能用同种材料制作薄膜电阻和电容使二者的温度系数互相补偿等你优点。,电阻材料,普遍使用的高精度、高可靠性、在大温度范围内稳定的高电阻；数控和数字显示用的高频特性好、电阻温度系数小的膜电阻；宇航、军事、科研等极低温下用的电阻材料；把电阻材料的发展与电阻元件的制造工艺融为一体的技术；非晶态电阻材料。,BACK,电阻材料,第三节、半导体材料,本征半导体中电子和空穴的数目很接近
32、，其行为仅仅由固有性质所决定。,半导体材料,半导体 材料,按照组成,半导体材料,半导体材料分类,156系列单晶硅太阳电池组件,半导体材料,一.元素半导体,如B、C(金刚石)、Si、Ge、Sn、P、As等。但是其中有些的性能不稳定，只有Se、Ge和Si才真正用于半导体器件的制作，Si和Ge成为当前的主要元素半导体。,实际用的Si、Ge元素半导体大多数为掺杂后的非本征半导体，它们通常是掺入少量的A或A族元素后变成p型或n型半导体。,常见的超晶格半导体材料有GaAs掺杂AlGaAs、InGaAs/GaAs等。,二.化合物半导体,化合物半导体比元素半导体的禁带宽度大，使其有一些特殊的特性。,半导体材料
33、,化合物半导体与光电技术,化合物半导体主要应用：光电器件、平面型掺杂势垒光探测器、量子阱激光器、调制发光管、电子器件、高电子迁移率晶体管、超晶格雪崩二极管和双势垒器件等。,半导体材料,三、有机物及玻璃半导体,目前对于这类半导体只有不多的液晶材料得到了应用。,液晶分子的几何形状存在棒状和碟状两类，但只有棒状的才有应用价值，它可按分子排列方式分为以下三种：,向列型液晶：分子的取向长程有序，分子重心分布不规则。其技术应用价值最高。,胆甾型液晶：分子的取向是连续扭转的，是向列型的一个特例。,近晶(或层状)型液晶：分子的取向是长程有序的，但分子的重心形成层状结构。,半导体材料,半导体材料-有机物及玻璃半
34、导体,三、有机物及玻璃半导体,半导体材料,向列型液晶态,胆甾型液晶态,层状液晶态,液晶的显示方式就在于充分利用其各向异性的折射率和反射率随电场的变化，使其所反射或透射的环境发生变化而达到显示的目的。,液晶显示的优点有：功耗低、所用电压较低、在明亮环境下的对比度和分辨率都很好。但是，其响应速度慢、工作温度范围窄，在无光环境中需要辅助光源才能显示。,三、有机物及玻璃半导体,半导体材料,四.非晶态半导体,非晶态物质长程无序，短程有序。这使得非晶态物质的分析可以使用晶态物质的能带理论。,非晶态半导体的直流电导率 在很宽的温度范围内满足以下规律：,式中 Ec EA为带尾的宽度。,半导体材料,由于非晶态禁
35、带中局域态能级的存在，非晶态半导体对杂质的掺入变得不敏感，所以一般用辉光放电、射频溅射等方法通过气相替代式掺杂降低局域态能级密度，从而在很宽的范围内控制半导体的类型。,常见的非晶态半导体材料有-Si、-Ge、GaAs、CdSiP、Se等和V2O5-P2O5系等氧化物玻璃系列。,非晶态半导体主要应用于光学半导体器件、光或电存贮器等信息技术中的半导体器件。,半导体材料-非晶态半导体,五.陶瓷半导体,半导体陶瓷材料是指导电性介于导电陶瓷和绝缘介质陶瓷之间的陶瓷材料，其电阻率介于10-4107,主要介绍SrTiO3等晶界层电容器陶瓷等。,晶界层电容器是指在高介电系数半导体陶瓷的晶界形成一层薄的电介质绝
36、缘层后所构成的半导体电容器。,晶界层电容器的主要特点是介电系数很高，电容温度系数高，比体积电容量高，在高介电系数下色散频率可以达到高频应用的要求；适于制作高频旁路电路中的电容器。,半导体材料,常见的晶界层电容器是BaTiO3、SrTiO3及其固熔体，晶粒基体是n型半导体。,晶界层电容器制备：一、成型，在氮气中烧成半导体；二、涂敷氧化物，在空气中进行二次烧结，形成晶界绝缘层；三、涂银、烧银、焊引线。,晶界电容器的主要性能包括视在相对介电常数K、介质损耗、绝缘电阻以及参数的温度特性、电压特性、频率特性和可靠性。,半导体材料-陶瓷半导体,视在行对介电系数K为：,注：Kb为纯基质材料的相对介电系数；、分别为晶界绝缘层和晶粒内部半导体的电导率；、则为晶界绝缘层和晶粒内部半导体区的厚度。,SrTiO3的色散率达到108109Hz，广泛用于电视机、磁带录像机、无线电等电子仪器中。,半导体材料-陶瓷半导体,陶瓷半导体热式质量流量计,半导体材料-陶瓷半导体,本章完,非金属导电材料快离子导体陶瓷材料,谈谈通过本章学习到了哪些电性功能材料？,本章完,5分,
