第1页，共39页，星期日，2025年，2月5日第一节导电性能一电阻与导电的基本概念1导电当在材料的两端施加电压时，材料中有电流流过欧姆定律2电阻与材料的性质有关，还与材料的长度及截面积有关3电阻率只与材料本性有关，而与导体的几何尺寸无关评定导电性的基本参数第2页，共39页，星期日，2025年，2月5日4电导率愈大，材料导电性能就越好5材料分类导体、绝缘体和半导体导电能力相差很大，决定于结构与导电本质第一节导电性能二导电机理1金属及半导体的导电机理(1)经典电子理论离子构成了晶格点阵价电子是完全自由的（自由电子）第3页，共39页，星期日，2025年，2月5日第一节导电性能(2)量子自由电子理论原子的内层电子保持着单个原子时的能量状态价电子按量子化具有不同的能级遵循经典力学气体分子的运动规律自由电子定向运动中，要不断与正离子发生碰撞，是产生电阻的原因电导率金属的导电性取决于自由电子的数量、平均自由程和平均运动速度第4页，共39页，星期日，2025年，2月5日第一节导电性能电子具有波粒二象性．运动为着的电子作为物质波一价金属中自由电子的动能EK为波数频率，表征自由电子可能具有的能量状态参数从粒子的观点看，曲线表示自由电子的能量与速度(或动量)之间的关系从波动的观点看，曲线表示电子的能量和波数之间的关系电子的波数越大，则能量越高没有加外加电场时自由电子沿正、反方向运动着电子数量相同，没有电流产生第5页，共39页，星期日，2025年，2月5日第一节导电性能在外加电场的作用下，从而使正反向运动的电子数不等，使金属导电只有处于较高能态的自由电子参与导电缺陷和杂质产生的静态点阵畸变和热振动引起的动态点阵畸变，对电磁波造成散射，形成电阻超导现象一价金属比二、三价金属导电性较好第6页，共39页，星期日，2025年，2月5日第一节导电性能(3)能带理论能带金属中的价电子是公有化和能量是量子化金属中由离子所造成的势场不是均匀的价电子在金属中的运动要受到周期场的作用能带发生分裂，即有某些能态是电子不能取值的禁带允带第7页，共39页，星期日，2025年，2月5日第一节导电性能能带结构空能级空能级电子是自由的，参与导电导带周期势场的变化幅度越大，禁带越宽导体、绝缘体、半导体能带结构特点第8页，共39页，星期日，2025年，2月5日第一节导电性能导体允带内的能级未被填满，允带之间没有禁带或允带相互重叠在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流．绝缘体一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带，由于满带中的电子没有活动的余地，即使禁带上面的能带完全是空的，在外电场的作用下电子也很难跳过禁带，即不能产生电流。半导体半导体的能带结构与绝缘体相同，不同的是它的禁带比较窄半导体的能带在外界作用下，价带中的电子就有能量可能跃迁到导带中去第9页，共39页，星期日，2025年，2月5日第一节导电性能空穴导电本征导电本征半导体本征半导体的电子—空穴对是由热激活产生的杂质对半导体的导电性能影响本征半导体和杂质半导体的电导率与温度的关系为2无机非金属导电机理载流子(1)离子晶体的导电机理离子晶体中空位的迁移涉及离子运动第10页，共39页，星期日，2025年，2月5日第一节导电性能晶体的离子电导可以分为两类第一类离子固有电导或本征电导热缺陷第二类杂质电导杂质的数量和种类低温下，离子晶体的电导主要由杂质载流子浓度决定存在的多种载流子时，材料的总电导率是各种电导率的总和第11页，共39页，星期日，2025年，2月5日第一节导电性能（2）玻璃的导电机理离子在结构中的可动性所导致玻璃的组成对玻璃的电阻影响很大超导电性1超导电性的概念超导体是等电位的，超导体内没有电场2超导体的两个基本特征一个基本特性是它的完全导电性永久电流冻结磁通另一基本特性是它的完全抗磁