发布时间 : 星期六 文章材料物理性能课后习题答案-北航出版社-田莳主编更新完毕开始阅读
补充习题：
1. 为什么锗半导体材料最先得到应用，而现在的半导体材料却大都采用硅半导体？
答：锗比较容易提纯，所以最初发明的半导体三极管是锗制成的。但是，锗的禁带宽度（0.67 ev）大约是硅的禁带宽度（1.11 ev）的一半，所以硅的电阻率比锗大，而且在较宽的能带中能够更加有效的设置杂质能级，所以后来硅半导体逐渐取代了锗半导体。硅取代锗的另一个原因是硅的表面能够形成一层极薄的二氧化硅绝缘膜，从而能够制备MOS三极管。因此，现在的半导体材料大都采用硅半导体。
2. 经典自由电子论、量子自由电子论和能带理论分析材料导电性理论的主要特征是什么？
答：经典自由电子论：连续能量分布的价电子在均匀势场中的运动；量子自由电子论：不连续能量分布的价电子在均匀势场中的运动；能带理论：不连续能量分布的价电子在周期性势场中的运动。
根据经典自由电子论，金属是由原子点阵组成的，价电子是完全自由的，可以在整个金属中自有运动，就好像气体分子能够在一个容器内自由运动一样，故可以把价电子看出“电子气”。自由电子的运动遵从经典力学的运动规律，遵守气体分子运动论。在电场的作用下，自由电子将沿电场的反方向运动，从而在金属中形成电流。
量子自由电子论认为，金属离子形成的势场各处都是均匀的，价电子是共有化的，它们可以不属于某个原子，可以在整个金属内自有运动，电子之间没有相互作用。电子运动遵从量子力学原理，即电子能量是不连续的，只有出于高能级的电子才能够跃迁到低能级，在外电场的作用下，电子通过跃迁实现导电。
能带理论认为，原子在聚集时，能级变成了能带，在某些价带内部，只存在着部分被电子占据的能级，而在价带中能量较高的处于上方的能级很少有电子占据，在外场作用下，电子就能够发生跃迁，从而实现导电。 3. 简述施主半导体的电导率与温度的关系。
答：施主的富余价电子的杂质原子的电子能级低于半导体的导带。这个富余价电子并没有被施主束缚的很紧，只要有一个很小的能量Ed，就可以使这个电子进入导带。此时影响电导率的禁带不是Eg，而是Ed，施主的这个价电子进入导带后，不会在价带中产生空穴。随着温度的升高，越来越多的施主电子越过禁带Ed，进入导带，最后所有的施主电子都进入导带，此时称为施主耗尽。如果温度继续升高，电导率将维持一个常量，因为再没有更多的施主电子可用，而对于产生本征半导体的导电电子和空穴来说，此时的温度又太低，不足以使电子跃迁较大的带隙Eg。在更高的温度下，才会出现本征半
导体产生的导电性。
4. 一块n性硅材料，掺有施主浓度ND?1.5?1015/cm3，在室温（T=300K）时本证载流
子浓度ni=1.3?1012/cm3，求此时该半导体的多数载流子浓度和少数载流子浓度。
解：?n0?ND?1.5?1015/cm3(多子)； ?2?ni??ND??ni93p??1.13?10/cm(少子)。0?ND?
5. 非本征半导体的导电性主要取决于添加的杂质的原子数量，而在一定范围内与温度的关系不大。
第三章 材料的介电性能
1.
一块1cm?4cm?0.5cm的陶瓷介质，其电容为2.4?10?6?F，损耗角正切tan??0.02，试求介质的相对介电常数和在11kHz下介质的电导率。解：C??r?0A/d?Cd2.4?10?6?10?6?0.5?10?2?r???3.39?12?2?2?0A8.85?10?1?10?4?10 ?tan??
????tan???'??'?0.02?11?103?3.3?8.85?10?12?6.43?10?92.
给出典型的铁电体的电滞回线，说明其主要参数的物理意义和造成P-E非线性关系的原因。
试说明压电体、热释电体、铁电体各自在晶体结构上的特点。 （P130）
BaTiO3陶瓷和聚碳酸酯都可用于制作电容器，试从电容率、介电损耗、介电强度，以及温度稳定性、成本等方面比较它们各自的优缺点。
使用极化的压电陶瓷片可制得便携式高压电源。压电电压常量g33可定义为开路电场对所加应力的比，现已选用成分为2/65/35的PLZT陶瓷制作该高压电源。若已知该材料
2
g33?23?10?3Vm/N，试计算5000磅/英寸应力加到1/2英寸厚的这种陶瓷片上可产
3.
4.
5.
生的电压。 6.
补充习题
1. 什么是电介质？
答：在电场的作用下具有极化能力并在其中长期存在电场的一种物质称为电介质。 2. 简述电介质与金属的区别。
答：金属的特点是电子的共有化，体内有自由电子，具有良好的导电性，以传导的方式传递电的作用；而电介质只有被束缚的电荷，以感应的方式传递电的作用。 3. 电介质的四大基本常数是什么？各自代表什么物理意义？
答：电介质的四大基本常数是：电极化（介电常数）、电导、介电损耗和击穿。 介电常数是指以电极化的方式传递、存贮或记录电的作用； 电导是指电介质在电场作用下存在泄露电流； 击穿是在强电场作用下可能导致电介质的破坏。
4. 电介质的极化包括哪几种？各种极化是如何产生的？
答：电介质的极化包括电子位移极化、离子位移极化和固有电距的转向极化。 在电场的作用下，构成电介质的原子、离子中的电子云发生畸变，使电子云与原子核发生相对位移，在电场和恢复力的作用下，原子具有一定的电偶极矩，这种极化为电子的位移极化。
在离子晶体和玻璃等无机电介质中，正负离子处于平衡状态，其偶极矩的矢量和为零。在电场作用下，正离子沿电场方向移动，负离子沿反电场方向移动，正负离子发生相对位移，形成偶极矩，这种极化就是离子位移极化。
分子具有固有电矩，而在外电场作用下，电矩的转向所产生的电极化称为转向极化。 5. 固体电介质的电导有哪几种类型？说明其对电导的影响及与温度的关系。
答：固体电介质的电导主要包括离子电导、电子电导和表面电导。
当离子晶体中存在热缺陷时，脱离格点的离子将参与电导。对于未掺杂的电介质材料，离子电导对电介质电导的影响主要与热缺陷的数目有关，而热缺陷的数目随着温度的升高而增加；而对于掺杂的电介质而言，温度较低时，晶体中杂质缺陷载流子的数量主要取决于材料的化学纯度及掺杂量。因此，在低温区域，离子电导随温度变化缓慢，主要取决于杂质，而在高温区域，随温度变化显著，离子电导取决于本征热缺陷。 在电介质材料中，由于禁带宽度很大，本证载流子参与的电子电导对材料的电导影响很小。参与杂质后，由于在导带底形成施主能级或在价带顶形成受主能级，所以电子电导