物性讲义(电学1)-导体-半导体-绝缘体资料

湿敏电阻：是对湿度变化非常敏感的电阻器,能在 各种湿度环境中使用，它是将湿度转换成电信号 的换能器件。主要用作湿度传感器，如婴儿的尿 湿报警器等。 熔断器、分流器：也可以看作是一种电阻器件， 熔断器是一种阻值很小，功率较小的电阻，当通 过的电流超过一定值时，其发热熔断起到保护作 用；分流器实际上就是一个阻值很小的电阻，串 在回路中，当有直流电流通过时，产生压降且随 电流大小变化，供直流电流表显示，或接到变送 器（如励磁回路），实际上相当于取样、测量的 作用。
RC u U ( 1 e ) C s
du U iC C C s e R C dt R t
t
－－Biblioteka u C ， iC Us Us R O uC iC
t
放电过程分析：其中
RC称为电路充放电时间常数，
1 2 S R iC C + uC + Us
它是反映充放电快慢的一个参数。
t RC

阻值标示：一般用色环法和数字法。
3.电阻的性质



电阻是一个耗能元件，即消耗电能变为热能。 电阻是线性元件，它符合欧姆定律：Ι=U/R。 电阻在电路中主要用于限流、分流、降压、分压。 主要参数：阻值及误差、额定电压、额定功率等。 电阻的串并联及计算： 串联：R∑＝R1+ R2+ R3+… 分压作用

导体和绝缘体的区别决定于物体内部是否 存在大量自由电子，导体和绝缘体的界限 也不是绝对的，在一定条件下可以相互转 化。
三、半导体
有一些物质，如硅、锗、硒等，其 原子的最外层电子既不象金属那样容 易挣脱原子核的束缚而成为自由电子， 也不象绝缘体那样受到原子核的紧紧 束缚，这类物质的导电性能介于导体 和绝缘体之间，并且随着外界条件及 掺入微量杂质而显著改变，这类物质 称为半导体。

等能面是一椭球面。
与椭球的体积 4 abc 比较可以得到，能量为 E 的等能面围成的椭球体积
3
4
3
2 3
3
2m1m2m3 E 2
由上式可得
4
3
2 3
3
2m1m2m3 E 2
d 4 1 3
1
2m1m2m3 E 2dE
能量区间 E ~ E dE 内电子的状态数目
dz
2
V
(2 )3
d
V
23
1
2m1m2m3 E 2 dE
二、不同能带的导电性
2、不满带电子在无阻尼情况下也不导电 ✓ 不满带中的电子，若无外 电场作用，其平衡分布在 空 间是对称的，与满带情况类 似，电子电流相互抵消，无 宏观定向流动。 ✓在稳恒外电场作用下，无阻尼的晶体电子的运动 是布洛赫振荡，电子在实空间的局域振荡也没有 宏观定向流动，即不满带电子在无阻尼情况下也 不导电。
二、不同能带的导电性
3、不满带电子在有阻尼情况下导电 不满带电子在有阻尼情况下，在稳恒外电场
作用下，其 空间的稳定分布不再是对称的，这时 一部分电子电流互相抵消，其余电子的电流表现 出定向的流动。只有这有阻尼情况下的不满带电 子才能导电。
三、导体、半导体和绝缘体的能带
在对不同能带导电性的讨论基础上，注意到实 际的晶体都是非理想晶体，都存在着阻尼，所 以，导体、半导体和绝缘体用能带分类如下。
ki k
I(k ) (e)(k ) 0
所以， k 态缺失电子的近满带电子电流为
I(k ) e(k )
四、近满带和空穴
上式表明， k 态缺失电子的近满带电子电流，等效于一个正
电荷产生的电流，其运动速度等于 k 态电子的速度。这种等

10．关于导体和绝缘体及半导体、超导的电阻各有什么特点？你认为它们各有哪些⽤途呢？请举例说明．
分析根据材料导电性、电阻值的不同，材料可分为导体，半导体，绝缘体，超导体，不同的材料有不同的⽤途．
解答解：
①容易导电的物体叫导体，导体电阻较⼩，导体可以⽤于导电，⽐如电线、印刷电路板上的铜箔等等；
②不容易导电的物体叫绝缘体，绝缘体电阻很⼤，绝缘体可以⽤于电器设备的绝缘，绝缘⼿套等等．
③导电性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体，半导体是指具有单⽅向导电特性的物质，可以⽤于微电⼦⾏业制造晶体管、集成电路等半导体元器件；
④超导体的电阻为零，可以⽤做超导线圈，作为磁悬浮的关键部件，如果⽤于电⼒传输，可以⼤⼤降低线路的电能损耗．
点评本题考查不同材料的特点，以及不同材料在⽣活中的⽤途．。

MOSFET的尺寸缩放
• 过去数十年来，MOSFET的尺寸不断地变小。早期的集 成电路MOSFET制程里，通道长度约在几个微米的等级。 但是到了今日的集成电路制程，这个参数已经缩小了几 十倍甚至超过一百倍。2006年初，Intel开始以65纳米的 技术来制造新一代的微处理器，实际的元件通道长度可 能比这个数字还小一些。至90年代末，MOSFET尺寸不 断缩小，让集成电路的效能大大提升，而从历史的角度 来看，这些技术上的突破和半导体制程的进步有著密不 可分的关系。
层中。例如铪（Hafnium）和锆（Zirconium）的 金属氧 化物（二氧化铪、二氧化锆）等高介电常数的物质均能有 效降低栅极漏电流。栅极氧化层的介电常数增加后，栅极 的厚度便能增加而维持一样的电容大小。而较厚的栅极氧 化层又可以降低电子透过穿隧效应穿过氧化层的机率，进 而降低漏电流。 2.改平面工艺为立体工艺
一维晶体薛定谔方程的解
如何认识这个解？
允带、禁带
禁带的位置——布里渊区边界
可见：
用能带理论解释物质的导电性质：
即：全空的能带不导电，全满的能带不导电，不 满的能带才导电。
绝缘体、半导体和导体的经典能带图
注意：这里再次提到了“空穴”的概念。那么，空穴是什 么？P型半导体电子的负质量是怎么回事？
• 什么是能带？ • 能带就是晶体中的所有原子包含的原子核和电子在晶体
结构的现实中经过相互作用所形成的新的电子能级分布 形式的称呼。常见表示形式：
能带是怎么形成的？
• 一句话：电子的公有化运动
公有化过程简单说
电子公有化运动的结果
• 使原本孤立的电子外层电子能量发生分化、重组 • 以氢原子和氦原子为例： • 看我的黑板画 • 推广到经典的半导体元素Si来说，由N个Si原子组成的硅