FindSlide.org - это сайт презентаций, докладов, шаблонов в формате PowerPoint.
Email: Нажмите что бы посмотреть
Средняя кинетическая энергия электронов линейно зависит от температуры
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 3. Всего 39.
При этом считается, что в каждом энергетическом состоянии может находиться любое количество электронов, а при температуре абсолютного нуля энергия всех свободных электронов равна нулю.
Если в проводнике существует электрическое поле, то под действием этого поля электроны приобретают ускорение, пропорциональное напряжённости поля ε, в результате чего возникает направленное движение электронов со средней скоростью
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 4. Всего 39.
n - концентрация электронов.
Этот ток пропорционален напряжённости поля. Коэффициентом пропорциональности является удельная электрическая проводимость
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 5. Всего 39.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 6. Всего 39.
Электроны могут находиться на строго определённых энергетических уровнях (рис. 1), энергетическая плотность N(E) которых вблизи границ энергетических зон изменяется по параболическому закону (рис. 2):
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 7. Всего 39.
Спин электрона равен половине постоянной Планка, поэтому он равен 0,5 или - 0,5.
Наиболее высокий из занятых уровней ЕF называется уровнем Ферми (рисунок 1, а также рисунки 2, 3, 4). При нагреве кристалла электронам сообщается энергия порядка kT , вследствие чего некоторые электроны, находящиеся вблизи уровня Ферми переходят на более высокие энергетические уровни. Избыток энергии, получаемый электронами при нагреве проводника очень незначителен по сравнению с энергией Ферми (3…15 эВ). При комнатной температуре он равен 0,026 эВ (1эВ ≅ 1,6⋅10-19 Дж). Поэтому средняя энергия свободных электронов сохраняется практически неизменной, а незначительное изменение означает малую теплоёмкость электронного газа.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 8. Всего 39.
Из полученного выражения следует, что вероятность заполнения уровня Ферми равна 0,5
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 9. Всего 39.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 10. Всего 39.
d - плотность материала,
А - атомная масса,
N0 - число Авогадро (6,02⋅1023 моль-1).
Уровень Ферми, отсчитанный от дна валентной зоны, может быть найден из верхней формулы
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 11. Всего 39.
τF - время свободного пробега;
uF - тепловая скорость быстрых электронов, обладающих энергией, близкой к энергии Ферми EF.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 12. Всего 39.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 13. Всего 39.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 14. Всего 39.
Δа – отклонение атома от узла кристаллической решётки.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 15. Всего 39.
Поскольку средняя энергия колеблющегося атома равна kT, то
Тогда
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 16. Всего 39.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 17. Всего 39.
где lT и lП - характеризуют рассеяние на тепловых колебаниях атомов и от примесей соответственно. Этим объясняется то, что чистые металлы имеют более низкое удельное сопротивление по сравнению со сплавами.
Итоги
1. Удельное сопротивление с ростом температуры растёт.
2. Чистые металлы имеют более низкое удельное сопротивление по сравнению со сплавами .
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 18. Всего 39.
Неравномерное распределение тока объясняется действием магнитного поля тока, протекающего по проводнику. Магнитный поток, сцеплённый с проводом, пропорционален току:
L - индуктивность проводника.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 19. Всего 39.
j0 - плотность тока на поверхности;
z - расстояние, измеряемое от поверхности;
Δ - глубина проникновения тока.
Глубина проникновения тока, выраженная в миллиметрах, равна расстоянию, на котором плотность тока уменьшается в е = 2,72 раз по отношению к значению на поверхности. Она пропорциональна удельному сопротивлению ρ [Ом⋅м] и обратно пропорциональна частоте f[МГц].
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 20. Всего 39.
Поскольку площадь сечения, через которое протекает ток, уменьшилась, то сопротивление провода переменному току R~ стало больше, чем его сопротивление постоянному току R0, что учитывают коэффициентом увеличения сопротивления:
Полученная формула справедлива при Δ << d.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 21. Всего 39.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 22. Всего 39.
При дальнейшем напылении островки исчезают, и образуется сплошная плёнка толщиной около 0,1 мкм (область 3). На этом участке удельное сопротивление выше, чем удельное сопротивление монолитного проводника, т.к. сокращается длина свободного пробега электронов вследствие их отражения от поверхности плёнки.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 23. Всего 39.
Приближённо полагая длину свободного пробега при рассеянии на поверхности ls равной толщине плёнки δ, получим:
ρ - удельное сопротивление монолитного проводника.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 24. Всего 39.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 25. Всего 39.
Вывод
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 26. Всего 39.
Металлы подразделяют на четыре группы
1. Металлы с высокой удельной проводимостью. К ним относят медь и алюминий. У меди ρ = 0,017 мкОм⋅м, у алюминия ρ = 0,028 мкОм⋅м. Они применяются для изготовления радиомонтажных проводов и кабелей, тонких плёнок в интегральных микросхемах.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 27. Всего 39.
3. Тугоплавкие металлы имеют температуру плавления свыше 1700 °С. Вольфрам, молибден, хром, рений и др.
4. Металлы со средней температурой плавления. Железо, никель и кобальт. Температура плавления около 1500 °С. Эти металлы имеют сильно выраженные магнитные свойства.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 28. Всего 39.
2. Сверхпроводящие сплавы. У них при температурах, близких к абсолютному нулю, наблюдается резкое уменьшение удельного сопротивления. Среди таких сплавов наилучшими параметрами обладают сплавы ниобия (Nb3Sn, Nb3Ga, Nb3Ge).
3. Припои. Низкотемпературные сплавы, применяемые при пайке. Различают мягкие и твёрдые припои. Мягкие припои имеют температуру плавления ниже 300 °С. В их состав входит от 10 (ПОС-10) до 90% (ПОС-90) олова, остальное – свинец. Твёрдые припои имеют температуру плавления свыше 300 °С. Наиболее распространёнными являются медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр)
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 29. Всего 39.
2. Композиционные материалы. Это механическая смесь проводящего наполнителя с диэлектрической связкой. Наибольший интерес – контактолы и керметы. Контактолы – маловязкие или пастообразные композиции, применяемые в качестве токопроводящего клея или краски. Связующим веществом в них являются синтетические смолы, а токопроводящим наполнителем – мелкодисперсные порошки металлов (серебра, никеля, палладия). Керметы – металлодиэлектрические композиции с неорганическим связующим веществом. Обладают высоким удельным поверхностным сопротивлением, поэтому применяются для изготовления тонкоплёночных резисторов. Наибольшее распространение получила микрокомпозиция Cr-SiO, тонкие плёнки которой изготовляют путём напыления в вакууме на диэлектрическую подложку
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 30. Всего 39.
Автор Останин Б.П.
Эл. физ. свойства проводниковых материалов . Слайд 31. Всего 39.