电子功能材料与元器件考点及答案
概念
1.超晶格部分1)超晶格2)组分超晶格3)掺杂超晶格
2.压电效应
3.逆压电效应4正压电效应5.1)接触电势2)温差电势6.迈斯纳效应7.物理磁阻效应8.几何磁阻效应9.内光电效应10.外光电效应11.数值口径12相对湿度13.湿滞回差1
4.霍尔效应1
5.热电效应1
6.热湿电效应1
7.湿滞特性
第一章:
1.形状记忆合金为什么具有形状记忆的功能?
答:马氏体相变过程如图。
将形状记忆合金从高温母相(a)冷却,在低于室温附近的某一温度时,母相(a)变为马氏体相(b),这时的马氏体是由晶体结构相同,结晶方向不同的复数同系晶体构成,同母相相比,各同系晶体都发生了微小变形,但形成同系晶体时避免相互之间形变,从而保证在外形上没有改变。马氏体相中的A面和B 面在足够小的力下即能移位,所以马氏体相材料柔软,易变形,在外力作用下,马氏体向着外力择优的方向变形为变形马氏体相(c)。此材料在加温时,又能返回母相(a),从而恢复形状,马氏体相(b)在温度高于一定程度逆相变点Af 时也能返回高温母相。
一般来说,高温母相只有温度冷却到马氏体相变温度Ms以下时,才开始向马氏体相转变,但在外力作用下,即使温度高于逆相变点(Af),也能形成马氏体相,但此时仅能形成择优方向的变形马氏体,由于在温度高于(Af)时,马氏体相能量不稳定,除去电荷后立即能恢复到母相(a)。
综上可知,形状记忆合金具有形状记忆功能。
2.分析说明温度变化对高纯的Cu,Si及(Cu-Al-Ti-Ni)形状记忆合金电阻率(ρ)的影响
1)Cu(金属):温度升高散射作用增大,电阻率(ρ)升高;温度下降散射作用减小,电阻率(ρ)下降;
2)Si(半导体):温度升高晶格散射加剧会使μn减小,但激发产生的载流子增多,使ρ减小占优势,从而使宏观电阻率ρ减小,使Si呈现负温度特性。
3)(Cu-Al-Ti-Ni)形状记忆合金:
①母相立方晶体,晶格畸变小,散射作用弱,ρ小,马氏体相为斜方晶体,晶格畸变大,散射作用大,ρ大。
②相变过程中,混合相看哪相比例大。
③温度升高,散射作用大,ρ增大;温度下降,散射作用小,ρ减小;
④ 实线(降温过程):母相(高温)→Ms: T减小,ρ减小;Ms →Mf:立方→斜方变化,T减小,ρ增大;Mf→马氏体:T减小,ρ减小。
虚线(升温过程):马氏体→As: T升高,ρ增大。As→ Af:斜方→立方变化,T升高,ρ减小;Af →母相:T升高,ρ升高
3.超导体处于超导态时应具备哪些特征?如何理解超导体的“零电阻”?
特征:1)零电阻效应(T<Tc,R→0)
2)迈斯纳效应(T<Tc,B=0)
3)临界磁场效应(T<Tc,H>Hc超导态破坏)
4)临界电流效应(T<Tc,I>Ic超导态破坏)
“零电阻”:1)T<Tc,R→0(比常导体的剩余电阻小得多)
2)对直流而言
3)T<Tc,R突变为0
4.电介质中通常会产生那几种极化方式,简要说明。
第二章:
1.基础部分:明确知道什么是缺陷,各种缺陷的表达
2.利用缺陷写化学方程式
3.缺陷受环境影响如何?电子、空穴、缺陷如何变化?
4.掺入高价、低价掺杂后,缺陷平衡方程怎么写?写出电子浓度,缺陷浓度与掺杂浓度的关系。
5.列出缺陷平衡的条件(各种例子,活学活用)
第三章:
1.热敏电阻分为正热敏电阻(PTC),负热敏电阻(NTC)
2.正热敏电阻(p69)六个实验基础,明确六个实验事实,针对六个实验事实,用两个模型:海望--焦克模型,丹尼尔斯模型进行解释,同时需要掌握这两种模型能解释哪类实验。
·PTC效应的实验基础:
(1)材料的电导率与施主杂质含量间呈倒u字形变化关系
(2)不掺杂BaTiO3陶瓷在还原气氛中烧结,不具有PTC效应
(3)只有在氧化气氛中烧结才呈现PTC效应
(4)降温速率越慢,PTC效应越明显
(5)BaTiO3单晶不呈现PTC效应,只有多晶陶瓷才具有PTC效应
(6)PTC效应还与外加电压的大小及频率有明显的依赖关系
·海望焦克模型及其局限性p70p73
海望焦克模型基本观点:
(1)在N型多晶BaTiO3半导体陶瓷材料的晶粒边界存在一个由受主表面态引起
的势垒层,其厚度约为晶粒粒径的1/50。
(2)晶界势垒的高度与材料的相对介电系数成反比。
(3)铁电补偿是决定PTC效应的另一重要因素。
海望-焦克模型的局限性:
(1)PTC效应只出现在施主掺杂的N型BaTiO3材料中。而用还原法制备的N型材料中无PTC效应。
(2)PTC效应的大小与降温过程密切相关。
(3)室温电导率与施主含量呈“n”形关系。
·丹尼尔斯模型要点及其解释的实验事实p73
丹尼尔斯模型的要点:
降温过程中在晶界处产生钡空位VBa,不断向晶粒内扩散以致在晶粒表面由于重掺杂而产生高阻
利用丹尼尔斯模型解释BaTiO3半导体陶瓷PTC效应的有关现象
(1)还原法制备的N型BaTiO3半导体陶瓷不产生PTC效应
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(2)PTC效应强烈依赖于降温过程
(3)室温电导率与施主含量呈“n”形关系。
3.NTC热敏电阻:掌握导电结构;与正、负尖晶石之间关系;价键交换的定义,次结构角度解释为何发生价键交换。
与正、负尖晶石之间关系:
在正尖晶石中,A间隙全部为A离子(通常为二价金属离子)所占据,B间隙全部为B离子(通常为三价金属离子)所占据,其通式可写成A2+B3+2O2-4在反尖晶石中,A间隙全部为B离子所占据,B间隙由一半A离子和B离子所占据,其通式B3+(A2+ B3+)O2-4。
而半反尖晶石A间隙只有部分被B离子所占据,其通式为:
(A2+1-x B3+ x)(B3+2-x A2+x )O2-4。
跳跃式导电:电子从一个离子跳到另一个离子,离子间可发生电子交换,即价键交换
价键交换理论认为:导致热敏半导体陶瓷产生高电导的载流子,来源于过渡金属的3d层电子。这些金属离子处于能量等效的结晶学位置上,但具有不同的
价键状态。由于晶格能等效,当离子间距较小时,通过隧道效应,离子间可发生电子交换,即价键交换。在电场作用下,这些电子交换引起载流子沿电场方向产生漂移运动,从而产生导电。
4.热电偶:热电效应定义、接触电势定义(知道其基本表达式);温差电势;复杂推导不需要
第四章
1.本章重点4-3,表面电导型气敏元件工作原理:掌握N,P型氧化物的气敏机理(能带变化,电子变化等)
N型:
单晶
当A>Ws是,形成表面负电吸附,引起半导体能带变化,由于吸附气体所形成的表面能级位于费米能级之下,将引起半导体导带电子向吸附气体转移,形成表面负电荷吸附。导致半导体表面空穴增多,能带向上弯曲。其结果为半导体电导升高,电阻下降。
当A<Ws是,形成表面正电吸附,引起半导体能带变化,由于吸附气体所形成的表面能级位于费米能级之上,将引起吸附气体电子向半导体导带转移,形成表面正电荷吸附。导致半导体表面空穴减少,能带向下弯曲。其结果为半导体电导下降,电阻升高。
P型:
单晶
当A>Ws是,形成表面负电吸附,引起半导体能带变化,由于吸附气体所形成的表面能级位于费米能级之下,将引起吸附气体空穴向半导体价带转移,形成表面负电荷吸附。导致半导体表面空穴增多,能带向上弯曲。其结果为半导体电导升高,电阻下降。
当A<Ws是,形成表面正电吸附,引起半导体能带变化,由于吸附气体所形成的表面能级位于费米能级之上,将引起半导体价带空穴向吸附气体转移,形成表面正电荷吸附。导致半导体表面空穴减少,能带向下弯曲。其结果为半导体电导下降,电阻升高。

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