物理性能最终版(2)

（2）光在穿过介质时引起介质的价电子跃迁或使原子振动而消耗能量。介质中的价电子吸收光子能量而激发，当尚未退激而发出光子时，在运动中与其他分子碰撞，电子的能量转变为分子的动能亦即热能，从而构成光能的衰减。

（3）在红外区的吸收峰是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。

3、折射率的影响因素有哪些？

答：（1）构成材料元素的离子半径：r↑，介电常数增大，折射率随之增大。 （2）材料的结构、晶型、非晶态：对于各向同性晶体，材料只有一个折射率；对各向异性晶体，材料发生双折射。

（3）材料所受的内应力：垂直于受拉主应力方向的折射率大，平行于受拉主应力方向的折射率小。

（4）同质异构体：高温晶型，折射率低；低温晶型，折射率高。 （5）入射光的频率：折射率随入射光频率的减小而减小（色散）。

17、在可见光区，金属的吸收系数很大，而电介质材料的吸收系数很小的原因。（P179）

答：金属的价电子处于未满状态，吸收光子后即呈激发态，用不着跃迁到导带就能碰撞发热，因此，金属对光的吸收很强烈。但是对于电介质材料，其价电子所处的能带是填满了的，它不能吸收光子而自由运动，光子的能量又不足以跃迁到导带，所以在一定范围内，吸收系数很小。

18、简述电介质材料在紫外和红外出现吸收峰的原因。

答：在紫外区出现紫外吸收端是因为波长越短，光子能量越大，当能量达到禁带宽度时，电子会吸收光子能量从满带跃迁到导带，吸收系数骤然增大。在红外区的吸收峰是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。

19、分析影响材料透光性的因素。 答：（1）吸收系数 （2）反射系数

（3）散射系数（max）：缺陷&晶粒排列方向&气孔

20、提高无机材料透光性：提高原料纯度、掺外加剂、工艺措施 21、

第五章 电导

一、名解

1、霍尔效应：沿试样x轴方向通入电流I，z轴方向添加磁场Hz，那么，在y轴方向会产生电场Ey，这一现象称为霍尔效应。

9、电解效应：离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子的得失，产生新的物质，这就是....

4、晶界效应：晶界产生能级，使半导体材料电阻率变化的现象。

5、西贝克效应：半导体材料的两端如果有温度差，多数载流子会扩散到冷端，在

半导体两端产生温差电动势，称为温差电动势效应，即西贝克效应。

6、双碱效应：当玻璃中碱金属离子总浓度较大时，碱金属离子总浓度相同的情况下，含两种碱金属离子的玻璃电导率比含一种碱金属离子的玻璃电导率小。 7、压碱效应：含碱玻璃中，加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率降低。

8、压敏效应：对电压变化敏感的非线性电阻效应，即在某一临界电压以下，电阻值非常高，几乎无电流通过；超过该临界电压，电阻迅速降低，让电流通过。

9、迈斯纳效应：不仅是外加磁场不能进入超导体内部，原来处于磁场中的正常态样品，当温度下降到临界温度以下使其变为超导体时，也会把原来试样中的磁场完全排出去，这种完全抗磁性称为迈斯纳效应。

10、约瑟夫森效应：超导电子能在极薄的绝缘体阻挡层中通过的现象（隧道效应） 10、电化学老化：在电场作用下，由于化学变化引起材料电性能不可逆的恶化。 11、PTC效应：在相变居里点附近，电阻率随温度上升发生突变。

12、超导体的三个临界条件：临界转变温度、临界磁场强度、临界电流密度

二、填空

1、导电类型：电子电导&离子电导

2、导电微观本质：载流子在电场作用下的定向迁移。 3、离子电导分为：本征电导&杂质电导

4、离子电导微观机构：载流子-离子的扩散。离子扩散机构有空位扩散&间隙扩散&亚晶格间隙扩散。

6、杂质半导体分为：p型&n型

7、三种空间电荷层：积累层&耗尽层&反型层 8、铁电体的极化过程：电畴的移动 9、铁电体：位移型、有序-无序型

10、总绝缘电阻、体积电阻、表面电阻的关系：

111??(并联)， RRVRS表面电阻与样品表面环境有关，反应材料表面的污染程度，只有体积电阻反应材料的导电能力。（210）

11、直流四端电极法测电导率，也可采用四探针法测量。

12、载流子—电荷的自由粒子；金属：自由电子；无机材料：离子（正负离子、空位）、电子（负电子、空穴）

13、碱卤晶体的电导主要为空位电导，离子晶体的电导主要为杂质电导 14、离子晶体要具有离子电导需要满足两个条件：电子载流子浓度小；离子晶格缺陷浓度大并参与电导。

15、电子电导主要发生在导体和半导体中。

16、电场周期破坏的来源：晶格热振动、杂质的引入、位错&裂缝等。 17、散射是电子运动受阻的主要原因，包括晶格散射、电离杂质散射。 18、只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。 19、版代替包括本征半导体、杂质半导体。 20、杂质半导体分为p型半导体（空穴）、n型半导体（电子）。

21、利用双碱效应&压碱效应，可以减小玻璃的电导率。

22、测量陶瓷电阻时，加直流电压后，电阻需经过一定时间才能稳定。切断电源后，将电极短路，会有反向电流，并随时间减小到0，随时间变化的电流称为吸收电流，恒定的电流称为漏导电流。这种现象称为吸收现象。吸收现象主要是在外电场作用下，内部自由电荷重新分布的结果。主要发生在离子电导为主的陶瓷中。

23、电化学老化的原因：离子在电极附近发生氧化还原过程。陶瓷电化学的必要条件：至少有一种离子参与电导。 24、半导体陶瓷的物理效应：晶界效应（压敏效应、PTC效应）、表面效应、西贝克效应、p-n结

25、BaTiO3半导体化的方式：价控型、还原型 26、PTC是价控型BaTiO3半导体特有的。

27、P-n结的特点：单向导电性、整流作用、光生伏特效应 28、超导体的特性：零点阻、迈斯纳尔效应、约瑟夫森效应

三、简答

1、区别离子电导和电子电导的方法。

答：霍尔效应检验是否存在电子电导，纯离子电导不存在霍尔效应；

电解效应检验是否存在离子电导，并且可以判断载流子是正离子还是负离子。

2、根据电导率的影响来判断半导体类型和吸附状态。

答：n型半导体负电吸附，p型半导体正电吸附，表面形成耗尽层，电导率减小； n型半导体正电吸附，p型半导体负电吸附，表面形成积累层，电导率增加。 3、

有效质量m*<0的原因：电子交给晶格的动量多于它从外场中所获得的动量

四、论述题

1、影响离子电导率因素。

答：影响离子电导率的因素。（内因+外因）（225）

答：（1）晶体结构：?离子电荷高、半径大，电导率小；?结构紧密，活化能大，电导率小；

（2）晶格缺陷：?热激励形成晶格缺陷；?不等价固溶掺杂产生晶格缺陷；?正负离子计量比随气氛变化发生偏离，形成非化学计量化合物产生晶格缺陷；

（3）温度：温度升高，电导率增加。

2、影响电子电导的因素。 答：（1）杂质及缺陷的影响：?杂质缺陷：掺杂?组分缺陷：i：阳离子空位—捕获空穴—p型半导体；ii：阴离子空位—捕获电子—n型半导体；间隙离子—n型半导体。

（2）温度：低温，杂质离子散射；高温，声子散射为主。

3、简述半导体的形成过程。

答：在四价的半导体硅单晶中掺入五价的杂质砷，多出一个电子，这个多余的电子能级离导带很近，比满带中的电子更易激发，这种多余电子的杂质能级称为施主能级，掺入施主杂质的半导体称为n型半导体。若在半导体硅中掺入第三主族元素，少了一个电子，相当于多了一个空穴能级，此能级距价带很近，接受由价带激发的电子，称这种杂质能级为受主能级，掺入受主杂质的半导体称为p型半导体。

4、解释ZnO压敏电阻的晶界效应（P268）。

答： ZnO中添加了Bi2O3, Bi在晶界偏析，Bi 3+置换固溶Zn 2+,在晶界具有受主能级，从而形成相对于晶界面对称的双肖特基势垒。当电压较低时，由于热激励电子，必须越过肖持基势垒而流过。电压到某一值以上，界面上所捕获的电子，由于隧道效应通过势垒，造成电流急剧增大，从而呈现出异常的非线性关系。

5、阐述BaTiO3的PTC效应及其机理。

答：当温度达到居里点，电阻率随温度上升发生突变，增大3-4个数量级。 价控型钛酸钡半导体为n型半导体，晶界具有表面能级，可以捕获载流子，产生电子耗损层，形成肖特基势垒。介电常数越大，势垒越低；温度超过居里点，介电常数急剧减小，势垒增高，电阻率急剧增加。

第六章 介电

一、名解

1、极化：电介质在电场作用下产生感应电荷的现象。

2、极化率：单位电场强度下，质点电偶极矩的大小。（???Eloc）

2、介质损耗：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。

3、压电性：电介质材料按所施加的机械应力成比例地产生电荷的能力。

5、压电效应：某些单晶体或多晶体陶瓷电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个对应晶面上便产生符号相反的等量电荷，当外力取消后，电荷也消失，又重新恢复不带电状态，这种现象称为压电效应。

6、电致伸缩：当在电介质的极化方向上施加电场(加电压)作用时，这些电介质晶体会在一

定的晶轴方向产生机械变形，外加电场消失，变形也随之消失，这种现象称为逆压电效应(电致伸缩)。

6、弱联系离子：在玻璃态物质、结构松散的离子晶体中以及晶体的杂质和缺陷区域，离子本身能量较高，易被活化迁移，称为弱联系离子。

7、铁电体：在一定温度范围内可以自发极化，并且自发极化的方向可随外电场可逆转动的晶体。

8、铁电性：在一些电介质晶体中，晶胞的正负电荷中心不重合而出现电偶极矩，产生不为0的极化强度，晶体能自发极化的性质。

二、填空

1、介质极化的种类：电子极化、离子极化、偶极子转向极化 2、极化的形式：位移极化、松弛极化

3、电子极化率依赖于频率，频率由共振吸收频率测出。 4、测量电子极化一般在光频（紫光）下进行。

5、离子位移极化中，频率由晶格振动红外吸收频率测出。

6、松弛极化包括：电子松弛极化、离子松弛极化、偶极子松弛极化 7、转向极化发生在极化分子介质中。

8、空间电荷极化只对直流和低频下的介电性质有影响。 9、加电场后，通过介质的电流包括：（1）电容电流—不损耗能量； （2）极化引起—极化损耗（主要为松弛极化）；（3）电导引起—电导损耗。 3、损耗的形式：极化损耗、电导损耗。 4、一般，高温、低频—电导损耗； 常温、高频—松弛极化损耗； 低温、高频—结构损耗。

5、介质损耗中，也存在双碱效应、压减效应，——降低损耗。

4、击穿类型：热击穿、电击穿、化学击穿 ，击穿可用来破碎非金属矿石。 5、电化学老化的必要条件：至少有一种离子参加电导。 6、铁电体：位移型、有序-无序型 7、电滞回线是铁电态的一个标志

8、铁电体的介电效应：移峰效应、压峰效应 三、简答

1、简述两种极化基本形式和各自的特点。 答：位移极化&松弛极化

（1）位移极化：弹性（可逆）、瞬时、不消耗能量；

（2）松弛极化：非弹性（不可逆）、需要一定时间、消耗一定能量。

2、离子电导和离子松弛极化的异同之处 答：相同点：外加电场下做定向迁移；

不同：离子电导是离子做远程迁移，而离子松弛极化质点仅作有限距离的迁移，它只能在结构松散区或缺陷区附近移动。

3、复介电常数表达式及其含义 答：（1）?*??'?i?''

（2）损耗由虚部引起，电容电流由实部引起。实部等于测得的介电常数。

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