材料物理期末考試題

2021-03-04 09:36:42 字數 2496 閱讀 9303

3. 簡述施主半導體的電導率與溫度的關係。

答:施主的富餘價電子的雜質原子的電子能級低於半導體的導帶。這個富餘價電子並沒有被施主束縛的很緊,只要有乙個很小的能量ed,就可以使這個電子進入導帶。

此時影響電導率的禁帶不是eg,而是ed,施主的這個價電子進入導帶後,不會在價帶中產生空穴。隨著溫度的公升高,越來越多的施主電子越過禁帶ed,進入導帶,最後所有的施主電子都進入導帶,此時稱為施主耗盡。如果溫度繼續公升高,電導率將維持乙個常量,因為再沒有更多的施主電子可用,而對於產生本徵半導體的導電電子和空穴來說,此時的溫度又太低,不足以使電子躍遷較大的帶隙eg。

在更高的溫度下,才會出現本徵半導體產生的導電性。

4. 什麼是電介質?

答:在電場的作用下具有極化能力並在其中長期存在電場的一種物質稱為電介質。

5. 簡述電介質與金屬的區別。

答:金屬的特點是電子的共有化,體內有自由電子,具有良好的導電性,以傳導的方式傳遞電的作用;而電介質只有被束縛的電荷,以感應的方式傳遞電的作用。

6. 電介質的四大基本常數是什麼?各自代表什麼物理意義?

答:電介質的四大基本常數是:電極化(介電常數)、電導、介電損耗和擊穿。

介電常數是指以電極化的方式傳遞、存貯或記錄電的作用;

電導是指電介質在電場作用下存在洩露電流;

擊穿是在強電場作用下可能導致電介質的破壞。

7. 電介質的極化包括哪幾種?各種極化是如何產生的?

答:電介質的極化包括電子位移極化、離子位移極化和固有電距的轉向極化。

在電場的作用下,構成電介質的原子、離子中的電子雲發生畸變,使電子雲與原子核發生相對位移,在電場和恢復力的作用下,原子具有一定的電偶極矩,這種極化為電子的位移極化。

在離子晶體和玻璃等無機電介質中,正負離子處於平衡狀態,其偶極矩的向量和為零。在電場作用下,正離子沿電場方向移動,負離子沿反電場方向移動,正負離子發生相對位移,形成偶極矩,這種極化就是離子位移極化。

分子具有固有電矩,而在外電場作用下,電矩的轉向所產生的電極化稱為轉向極化。

8. 固體電介質的電導有哪幾種型別?說明其對電導的影響及與溫度的關係。

答:固體電介質的電導主要包括離子電導、電子電導和表面電導。

當離子晶體中存在熱缺陷時,脫離格點的離子將參與電導。對於未摻雜的電介質材料,離子電導對電介質電導的影響主要與熱缺陷的數目有關,而熱缺陷的數目隨著溫度的公升高而增加;而對於摻雜的電介質而言,溫度較低時,晶體中雜質缺陷載流子的數量主要取決於材料的化學純度及摻雜量。因此,在低溫區域,離子電導隨溫度變化緩慢,主要取決於雜質,而在高溫區域,隨溫度變化顯著,離子電導取決於本徵熱缺陷。

在電介質材料中,由於禁帶寬度很大,本證載流子參與的電子電導對材料的電導影響很小。參與雜質後,由於在導帶底形成施主能級或在價帶頂形成受主能級,所以電子電導顯著增大。電子電導與環境溫度和氧分壓有很大關係,在室溫和低溫下,電子電導常常起著主要作用。

表面電導不僅與材料本身的性質有關,而且在很大程度上取決於材料表面的濕潤、氧化和玷汙狀態,溫度對表面電導有很大影響,在潮濕環境中,表面電導…..

9. 什麼是固體電介質的擊穿?分為哪幾類?請分別解釋。

答: 固體電介質的擊穿就是在電場的作用下伴隨著熱、化學、力等等的作用而喪失其絕緣性能的現象。

固體電介質擊穿主要包括電擊穿、熱擊穿、區域性放電擊穿和樹枝化擊穿。

電擊穿是當固體電介質承受的電壓超過一定的數值時,就使相當大的電流通過其中,使電介質喪失絕緣性。

當固體電介質在電場作用下,由電導和介質損耗產生的熱量超過試樣通過傳導、對流和輻射所能散發的熱量時,試樣中的熱平衡就被破壞,最終造成介質永久性的熱破壞,這就是熱擊穿。

區域性放電就是在電場作用下,在電介質區域性區域中所發生的放電現象,這種放電現象沒有電極之間形成貫穿的通道,整個試樣並沒有被擊穿。

樹枝化擊穿是指在電場作用下,在固體電介質中形成的一種樹枝狀氣化痕跡,樹枝是介質中直徑以數微公尺的充滿氣體的微細管子組成的通道。

10. 固體電介質的擊穿受什麼因素制約?

答:固體電介質的擊穿電場強度主要取決於材料的均勻性;大部分材料在交變電場下的擊穿強度低於直流下的擊穿電場強度,在高頻下由於區域性放電的加劇,使得擊穿電場強度下降的更厲害,並且材料的介電常數越大,擊穿電場強度下降的越多;無機電介質在高頻下的擊穿往往具有熱的特徵,發生純粹電擊穿的情況並不多見;在室溫附近,高分子電介質的擊穿電場強度往往比陶瓷等無機材料要大;在軟化溫度附近,熱塑性高聚物的擊穿電場強度急劇下降。

11. 為什麼光致發光現象不會在金屬中產生?

原因:因為在金屬中,價帶沒有充滿電子,低能級的電子只會激發到同一價帶的高能級。在同一價帶內,電子從高能級躍遷回低能級,所釋放的能量太小,產生的光子的波長太長,遠遠超過可見光範圍。

12. 名詞解釋:螢光材料餘輝現象

在某些陶瓷和半導體中,價帶和導帶之間的禁帶寬度不大不小,所以被激發的電子從導帶躍過禁帶回到價帶時釋放的光子波長剛好在可見光波段,這樣的材料成為螢光材料。

如果螢光材料中含有一些微量雜質,且這些雜質的能級位於禁帶內,相當於陷阱能級,從價帶被激發的電子進入導帶後,又會掉入這些陷阱能級。因為這些被陷阱能級所捕獲的激發電子必須先脫離陷阱能級進入導帶後才能躍遷回價帶,所以他們被入射光子激發後,需要延遲一段時間才能發光,出現所謂的餘輝效應。

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