电子功能材料与元器件习题答案教学内容

电子功能材料与元器件习题答案

第一章作业

1．形状记忆合金为什么具有形状记忆的功能？

答：马氏体相变过程如右图。

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 → M f:立方→斜方变化，T减小，ρ增大；M f→ 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→ A f:斜方→ 立方变化，T升高，ρ减小； A f→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

2）迈斯纳效应（T

3）临界磁场效应（TH c超导态破坏）

4）临界电流效应（TI c超导态破坏）

“零电阻”：1）T

2）对直流而言

3）T

4..解释超导机理的BCS理论的主要内容是什么？并讨论超导体中常导电子和超导电子的关系如何？

要点：1）具有相同速度方向相反的电子在点阵阳离子作用下可结成库伯对——超流粒子。

2）电子按费米球分布，能量低的在费米球内形成常导电子，能量高的在费米面附近。

3）常导电子和超导电子可以温度而相互转化T>T c，全部为常导电子。

关系：T

要点：如果交替生长的薄膜厚度较大，那么量子阱和子能带就不明显，甚至消失而不具有超晶格作用，只能表现出两种禁带宽度E1和E2不同异质结作用。性质：（1）晶格常数（2）禁带宽度（3）隧道效应（4）子能带（5）高速化6. 组分超晶格中子能带是如何形成的，影响其禁带宽度的因素有哪些？

P.18 影响其禁带宽度的因素：有效质量和势阱宽度。

7.分析设计应变超晶格材料时，影响其晶格常数和禁带宽度的因素及相互关系p.19

8.电介质中通常会产生那几种极化方式，简要说明。

p.24

9.分析外电场对晶界势垒及材料的宏观电导率的影响。

p.32

10.在实际应用中，如何来调整半导体陶瓷材料的电阻呢？

p.32

11.分析石英晶体各个轴向产生压电效应的机理。

第二章作业

1.MO晶体中，常见的点缺陷有哪些？并说明电离缺陷的电学性质及成因

常见点缺陷种类：施主：M i,V x,F M(高价替代)

受主：V M，F M,(高价替代)

Xi 难生成

成因：

1）具有弗朗克（FrenKel）缺陷的整比化合物

2）反弗朗克缺陷的整比化合物

3）肖特基（Schottky）缺陷

4）反肖特基缺陷

5）反结构缺陷

6）非整比化合物M 1-y X （产生V M ）

7）Vx 空位的产生：MX 1-y

8）非整比化合物M 1+y X （M i 产生）

9）产生Xi 缺陷MX 1+y

2.写出处理金属氧化物（MO ）晶体中缺陷平衡问题的方法步骤；若真空热处理的MO 中主要缺陷为间隙金属原子（M (i)），且为全电离状态，试推导其电导率与氧分压（PO2）的关系式

方法：1）根据所给工艺条件，写出产生的主要缺陷反应式；

2）写出相应质量作用定律表达式；

3）写出简化的电中性条件；

4）利用简化的电中性方程和质量作用定律求出缺陷的浓度表达式

5）讨论缺陷浓度与T, P O2关系。

()212'2

i MO M e O g =++ 21

22[][']i O K M e P = （1） 电中性方程：[']2[]i e M = （2）

（2）代入（1）有：211

36[']O n e K P -== （3） 21136n n O

nq K q P σμμ-== （5）

3. 分析非化学计量比MO 中Vo 占优点缺陷,电导率与

氧分压（Po2）的关系。（分高温和低温时讨论即双电离和电电离时讨论）

o V ?占优：

低温时：

()'

o O 21O V e O g 2?

++ 质量作用定律： 222[][']o O K V e P = （1）

电中性方程：

'O e V ????=???? （2） 24[']O K e P = （3）

()21

144[']O n e K P -== （4） 电导率： ()21

144n n O nq K q P σμμ-== （5） 高温（）

质量作用定律： 224[][']o O K V e P = （6）

电中性方程： [']2[]o e V = （7）

（2）代入（1）有： 261[']4

O K e P = ()21

166[']4O n e K P -== （8） 电导率： ()21

1664n n O nq K q P σμμ-== （9） 4.要熟练掌握杂质对非化学计量比组成的晶体中的缺陷平衡的影响的推导，包括金属间隙型氧化物M 1+y O ，和金属缺位型氧化物M 1-y O 的高价和低价掺杂情况(四种情况)。

5.对2-2和2-3节进行小结，充分了解不同类型缺陷浓度与PO2的关系及变化规律。