Bài giảng vật liệu học - Chương 5: Tính chất vật lý pot
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.62 MB, 79 trang )
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
1
1
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
VẬT LIỆU HỌC
VẬT LIỆU HỌC
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
2
2
Chương 5
Chương 5
Tính chất vật lý
Tính chất vật lý
ấ đ ệ
ấ đ ệ
ấ ừ
ấ ừ
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
3
3
5.1.Tính chất điện
5.1.Tính chất điện
ả ă ượ
ả ă ượ
ệ ề ẫ đ ệ
ệ ề ẫ đ ệ
ẫ đ ệ ủ ậ ệ
ẫ đ ệ ủ ậ ệ
ạ
ạ
!
!
ẫ đ ệ ủ ậ ệ ơ
ẫ đ ệ ủ ậ ệ ơ
ẫ đ ệ ủ ậ ệ ữ ơ
ẫ đ ệ ủ ậ ệ ữ ơ
"
"
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
4
4
# $ế
# $ế
%
%
&
&
'
'
(
(
' ) %ử ạ ầ
' ) %ử ạ ầ
ươ ớ
ươ ớ
$* +,
$* +,
-.
-.
/ấ
/ấ
1 MO phản liên kết có E
1 MO phản liên kết có E
(plk)
(plk)
cao
cao
∆
∆
E =
E =
E
E
(plk)
(plk)
- E
- E
(lk)
(lk)
Miền cấm (hố năng lượng)
Miền cấm (hố năng lượng)
E
plk
E
l
k
5.1.1.Mô hình dải năng lượng
5.1.1.Mô hình dải năng lượng
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
5
5
#$
#$
(
(
& %ệ ề ử
& %ệ ề ử
00 '…
00 '…
'1$*
'1$*
N/2 MO phản liên kết
N/2 MO phản liên kết
E : N mức liên tục
E : N mức liên tục
∆
∆
E: min
E: min
Dải năng lượng
Dải năng lượng
(
Miền cấm
Miền cấm
∆
∆
E
E
:
:
Kim loại :
Kim loại :
∆
∆
E rất nhỏ hay
E rất nhỏ hay
∆
∆
E = 0 ev
E = 0 ev
Chất bán dẫn:
Chất bán dẫn:
∆
∆
E = 0.1 – 3 ev
E = 0.1 – 3 ev
Chất cách điện :
Chất cách điện :
∆
∆
E > 3 ev
E > 3 ev
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
7
7
5.1.2.Khái niệm về dẫn điện
5.1.2.Khái niệm về dẫn điện
2
%
%
34 # ự ể độ ủ
34 # ự ể độ ủ
5 đ ệ ử ự ộ ướ
5 đ ệ ử ự ộ ướ
3 + 6 đ ướ ụ ủ đ ệ ườ
3 + 6 đ ướ ụ ủ đ ệ ườ
←
←
+
+
−
−
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
8
8
5.1.2.Khái niệm về dẫn điện
5.1.2.Khái niệm về dẫn điện
2
%Độ ẫ đ ệ
%Độ ẫ đ ệ
•
7%
7%
89:;
89:;
•
6 4 Đ ệ ở ấ
6 4 Đ ệ ở ấ
•
•
<
<
•
=6
=6
l
RS
=
ρ
ρ
σ
1
=
S
I
i =
l
U
E =
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
9
9
ạ
ạ
(
(
'%5
'%5
>
>
>
>
?
?
>
>
@
@
) +6 % “ị
) +6 % “ị
5
5
”
”
#đ ề đầ
#đ ề đầ
1-Vùng hóa trị 2-Vùng dẫn
5.1.3.Dẫn điện của vật liệu kim loại
5.1.3.Dẫn điện của vật liệu kim loại
1
2
Điện tử
3S
3P
E
1 ng.tử Na
N ng.t Na
Dải n.lượng
Vùng hóa trị
Vùng dẫn
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
10
10
Kim loại
Kim loại
(
(
Mg:12e
Mg:12e
1S
1S
2
2
2S
2S
2
2
2P
2P
6
6
3S
3S
2
2
V.hóa trị: “ e” điền đầy
3S & 3P che phủ lẫn nhau
1-Vùng hóa trị
2-Vùng dẫn
2
Dải n.lượng
1
(
(
Kim loại:
Kim loại:
vùng hóa trị & vùng dẫn: liền kề nhau
vùng hóa trị & vùng dẫn: liền kề nhau
Kích thích nhẹ ”e” vùng hóa trị
Vùng dẫn: ”e”chuyển động tự do Dẫn điện
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
11
11
Chất bán dẫn
Chất bán dẫn
(
(
Si:14e
Si:14e
1S
1S
2
2
2S
2S
2
2
2P
2P
6
6
3S
3S
1
1
3P
3P
3
3
Liên kết 4 ng.tử Si
Liên kết 4 ng.tử Si
Vùng hóatrị: “e” điền đầy
Bão hòa
Bão hòa
∆E=1.12eV
(
(
∆
∆
,9AB5C
,9AB5C
“
“
5
5
”
”
đủ
đủ
,
,
#*) ả ự
#*) ả ự
9D
9D
ẫ
ẫ
đ ệ
đ ệ
1-Vùng hóa trị
2-Vùng dẫn
3-Vùng cấm
2
1
∆E
3
I, H, T, Chiếu sáng
5.1.4.Dẫn điện của vật liệu bán dẫn
5.1.4.Dẫn điện của vật liệu bán dẫn
2
Bán dẫn tinh khiết
•
Si:14e
Si:14e
1S
1S
2
2
2S
2S
2
2
2P
2P
6
6
3S
3S
1
1
3P
3P
3
3
Liên kết 4 ng.tử Si
Liên kết 4 ng.tử Si
Mạng tinh thể Si : không có “e” tự do
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
•
Tăng nhiệt độ : “e” = lỗ trống
•
Đặt trong điện trường :
“e” chuyển động ngược chiều E
Lỗ trống chuyển động cùng chiều E
E
E
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
I
2
Bán dẫn tạp chất n
Mạng tinh thể Si có tạp chất P
5+
:1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
3
“e” thừa dễ tách ra → “e” tự do
Si
Si
P
P
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
+
2
Bán dẫn tạp chất P
Mạng tinh thể Si có tạp chất B
3+
:1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
1
Một “e” chuyển đến lấp lỗ trống → Tạo lỗ trống mới
Si
Si
B
B
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
-
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
17
17
2
E* %ế
E* %ế
F ộ
F ộ
6ị
6ị
→
→
: G ở ạ
: G ở ạ
→
→
ẫ đ ệ
ẫ đ ệ
2
%
%
# ị ể ỉ
# ị ể ỉ
H #6+# ả ế ậ ạ
H #6+# ả ế ậ ạ
→
→
= #6 ấ đ ệ ắ
= #6 ấ đ ệ ắ
2
'= 6 ẫ đ ệ ỗ ố
'= 6 ẫ đ ệ ỗ ố
'
'
I
I
∀
↑
↑
' ệ độ
' ệ độ
∀
↑
↑
/-=
/-=
.
.
Độ ẫ đ ệ
Độ ẫ đ ệ
σ
σ
5.1.5.Dẫn điện của vật liệu vô cơ
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
18
18
2
E*%
E*%
6
6
→
→
?J
?J
G ử ở ạ
G ử ở ạ
→
→
2
/ %ẫ đ ệ ờ ụ
/ %ẫ đ ệ ờ ụ
!
!
0!6/
0!6/
'//
'//
→
→
5 “ ”ạ ặ ỗ
5 “ ”ạ ặ ỗ
6
6
5.1.6.Dẫn điện của vật liệu hữu cơ
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
19
19
2
# * ẫ đ ệ ờ đổ ế
# * ẫ đ ệ ờ đổ ế
F6G
F6G
•
E*
E*
σ
σ
%! ề
%! ề
→
→
+ 5 “ ” ự
+ 5 “ ” ự
E*
E*
π
π
%#
%#
→
→
+ 5 “ ”
+ 5 “ ”
5.1.6.Dẫn điện của vật liệu hữu cơ
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
20
20
C≡N
CH
CH
2
C≡N
CH
CH
2
N
C
CH
CH
2
N
C
CH
CH
2
Mạch vòng
T = 200
o
C
Oxy hóa
T =350
N
C
CH
CH
2
N
C
CH
C
O
C
C C
C C
C
Carbon hóa
T =1100
o
C
•
Chuyển liên kết σ → π
? #5#5I:
? #5#5I:
K
K
?LIKLKKK
?LIKLKKK
KK-?L.
KK-?L.
I
I
L
L
BK
BK
KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK
KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK
M=&N
M=&N
I1:
I1:
KK
KK
KKKM=&
KKKM=&
I
I
-:
-:
.
.
N
N
KKKKKKKKKKKKKKKKKKK
KKKKKKKKKKKKKKKKKKK
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
21
21
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
22
22
2
= 3
= 3
0+ 6G đ ệ ấ ưỡ ự đ ệ
0+ 6G đ ệ ấ ưỡ ự đ ệ
* J
* J
2
Ứ ụ
Ứ ụ
E3
E3
5.1.7.Tính chất điện môi của vật liệu
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
23
23
2
C5 6 ơ đ ệ ườ
C5 6 ơ đ ệ ườ
5%
5%
5.1.7.Tính chất điện môi của vật liệu
Lưỡng cực điện với
vectơ phân cực P
+
-
E
Điện trường tác dụng
lên lưỡng cực P
+
-
E
Lưỡng cực P xếp theo
hướng điện trường
dqP =
+ -
d
P
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
24
24
2
>/J
>/J
•
?J+
?J+
,
,
→
→
5 4 J“ ”Đ ệ ử ệ ớ ạ
5 4 J“ ”Đ ệ ử ệ ớ ạ
?J%?
?J%?
5
5
5.1.7.Tính chất cách điên (điện môi) của
vật liệu
E
+
-
+
E = 0
oP
e
=
∑
oP
e
≠
∑
E ≠
0
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
25
25
•
?J+
?J+
→
→
?J %
?J %
?
?
6.1.7.Tính chất cách điên (điện môi) của
vật liệu
+
-
+
+
-
-
+
-
oP
i
=
∑
oP
i
≠
∑
E
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
E = 0 E ≠ 0
