🗊Презентация Материалы электронной техники

Лекция 3 Материалы электронной техники

Проводники.

Удельное электрическое сопротивление металла (ρ) обусловлено тепловым фактором. Длина свободного пробега электронов в металле обратно пропорциональна температуре: (2) Удельное электрическое сопротивление металла (ρ) обусловлено тепловым фактором. Длина свободного пробега электронов в металле обратно пропорциональна температуре: (2) где k у п р - коэффициент упругой связи; N - число атомов в единице объема материала; kT - средняя энергия колеблющегося атома. Температура Дебая (θD) определяет максимальную частоту νmax тепловых колебаний атомов в кристалле металла (3) где h - постоянная Планка, k – постоянная Больцмана. Температура θD зависит от сил связи между узлами кристаллической решетки. Для большинства металлов температура θD не превышает 400 – 450 К. Кривая изменения удельного сопротивления ρ от температуры Т показана на рисунке.

Рисунок 1 - Зависимость сопротивления проводника ρ от температуры Т, где а, б, в – варианты изменения сопротивления у расплавленных металлов

В области I (Т = 2…5) у ряда металлов бывает состояние сверхпроводимости (пунктирная линия). Но при некоторой температуре Тсв сопротивление скачком возрастает и проводник переходит в состояние обычной проводимости. В области I (Т = 2…5) у ряда металлов бывает состояние сверхпроводимости (пунктирная линия). Но при некоторой температуре Тсв сопротивление скачком возрастает и проводник переходит в состояние обычной проводимости. В области II происходит быстрый рост сопротивления (до Т = θD ). Область III (линейный участок) доходит до температуры начала плавления (Тнп). Область IV плавления (Тпл - Тнл) - нелинейная зависимость при переходе металла в жидкое состояние. Область V. При переходе из жидкого в газообразное состояние скачкообразно изменяется удельное сопротивление (примерно в 2 раза). Закономерности: 1. Если плавление идет с увеличением объема металла, то удельное сопротивление ρ резко возрастает. 2. При уменьшении объема металла происходит скачкообразное понижение сопротивления ρ.

Контактные явления в металлах Контактные явления в металлах При соприкосновении двух различных металлов между ними возникает контактная разность потенциалов. Это явление открыл итальянский физик А. Вольта в 1797г. Причиной появления разности потенциалов в месте контакта является различная энергия Ферми у сопрягаемых металлов. Электронный газ двух металлов А и В характеризуют энергиями Ферми ЭАF и ЭВF , отсчитываемыми от дна зоны проводимости (рисунок 4,а).

Работы выхода электронов в металлах А и В различны. При контакте металлов А и В возникает переход электронов из области с большим значением энергии ЭF в область, где энергия меньше (из металла В → А). Работы выхода электронов в металлах А и В различны. При контакте металлов А и В возникает переход электронов из области с большим значением энергии ЭF в область, где энергия меньше (из металла В → А). Такой переход является движением электронов на более низкие энергетические уровни. В результате металл В заряжается положительно, а металл А – отрицательно. Между металлами возникает разность потенциалов, препятствующая дальнейшему переходу носителей заряда. Внутренняя контактная разность потенциалов - разность энергий Ферми от дна зоны проводимости для изолированных металлов А и В. Энергетические уровни в металле А, зарядившемся (-), поднимутся, а в металле В, зарядившемся (+), опустятся. Двойной электрический слой d тонок (порядка периода решетки) и не влияет на прохождение тока через контакт. Контактная разность потенциалов между двумя металлами А и В составляет несколько вольт.

Термо-ЭДС имеет три составляющие: Термо-ЭДС имеет три составляющие: 1. Обусловлена температурной зависимостью контактной разности потенциалов. В металлах с увеличением температуры уровень Ферми, смещается вниз по энергетической шкале. Из-за смещения уровня Ферми возникает контактная составляющая термо-ЭДС. 2. Зависит от диффузии носителей заряда от горячих спаев к холодным. Электроны горячей части Т1 имеют большую кинетическую энергию и скорость движения по сравнению с зарядами холодной части Т2. Диффузионный поток электронов создает между спаями разность потенциалов. 3. Возникает между металлами из-за увлечения электронов квантами тепловой энергии (фононами). Их поток распространяется к холодной части. Термо-ЭДС металлов А и В имеет небольшую концентр. электронов, расположенных на энергетических уровнях около уровня Ферми. Удельная термо-ЭДС двух металлов мала. Большую удельную термо-ЭДС получают при использовании металлических сплавов имеющих сложную зонную структуру.