1、3.1電阻分析電阻分析u導電性導電性u晶體的能帶晶體的能帶u金屬的導電性金屬的導電性u電阻的測量電阻的測量u電阻分析的應用電阻分析的應用一、導電性一、導電性1 1、電阻率和電導率、電阻率和電導率歐姆定律：U=RIU=RI R R表示導體的電阻，可以用來評價材料導電性，但電阻R R不僅與導體材料本身的性質有關，而且還與其長度l l及截面積S S有關即： 其值R RL/SL/S，式中 稱為電阻率或比電阻。電阻率只與材料特性有關，而與導體的幾何尺寸無關，因此評定材料導電性的基本參數是電阻率或電導率，電阻率的單 位為m m電導率：電阻率的倒數即為電導率，即=1/，電導率的單位為S/m或-1m-1 由公

2、式由公式R RL/SL/S、 =1/=1/，根據電阻率，根據電阻率和電導和電導率率的大小，判定材料導電性能好壞，的大小，判定材料導電性能好壞， 值越小，值越小，電阻則越小，電阻則越小， 越大，說明材料的導電性越好。越大，說明材料的導電性越好。按按值的大小把材料進行分類：值的大小把材料進行分類：導導 體：體： 10-2 m半導體：半導體： 10-3 109 m2、導電物理本質（金屬的導電理論）、導電物理本質（金屬的導電理論）u經典自由電子理論經典自由電子理論u量子自由電子理論量子自由電子理論u能帶理論能帶理論（1）經典）經典自由電子理論自由電子理論 1900電導率： 由公式可知：自由電子數越多，

3、電導率越大，電阻率越小，由公式可知：自由電子數越多，電導率越大，電阻率越小，材料的電阻則越小，但結果是一價金屬比二價、三價金屬導材料的電阻則越小，但結果是一價金屬比二價、三價金屬導電要好。表明經典電子論的不完善，其主要原因在于它機械電要好。表明經典電子論的不完善，其主要原因在于它機械地搬用經典力學去處理微觀質點的運動，因而不能正確反映地搬用經典力學去處理微觀質點的運動，因而不能正確反映微觀質點的運動規律。微觀質點的運動規律。（2）量子自由電子理論）量子自由電子理論 1927 假設：假設：u根據泡利不相容原理，能量由低到高沿根據泡利不相容原理，能量由低到高沿 正反方向自旋運動的電子數相同，沒有正

4、反方向自旋運動的電子數相同，沒有 電流。電流。u當外加磁場時，電子定向運動，當外加磁場時，電子定向運動， 電場使正端運動的電子能量降低，反向電場使正端運動的電子能量降低，反向 運動的電子能量升高；使能量不對稱變運動的電子能量升高；使能量不對稱變 化而產生電流。化而產生電流。u量子理論指出：不是所有的電子都參與導電，只有處于高量子理論指出：不是所有的電子都參與導電，只有處于高能態的自由電子才參與導電，即費米能附近的電子參與導能態的自由電子才參與導電，即費米能附近的電子參與導電，電子波在傳播的過程中被離子散射形成電阻電，電子波在傳播的過程中被離子散射形成電阻有電場時的有電場時的E-KE-K曲線曲線

5、量子自由電子理論的電阻率表達式e e為電子的電荷量；為電子的電荷量；m m為電子的有效質量；為電子的有效質量；n n為單位體積內實際參加導電的電子數。為單位體積內實際參加導電的電子數。 經典電子理論較好的解釋了金屬導電的物理本質，但是經典電子理論較好的解釋了金屬導電的物理本質，但是它是假定金屬中所產生的電場使均勻的，不能解釋解釋它是假定金屬中所產生的電場使均勻的，不能解釋解釋半導體，絕緣體導電性與金屬的巨大差異。半導體，絕緣體導電性與金屬的巨大差異。（2）能帶理論）能帶理論 1931當當K=K=K K1 1只要波數稍有增加，能量則便由只要波數稍有增加，能量則便由A A跳到跳到B B當當K=K=K K2 2只要波數稍有增加，能量則便由成只要波數稍有增加，能量則便由成C C跳到跳到D D能隙多對應的能帶或不能隙多對應的能帶或不允許電子能量存在的能量范圍允許電子能量存在的能量范圍稱為稱為禁禁帶帶，電子可以具有的能級所組成的能帶或，電子可以具有的能級所組成的能帶或允許電子能量存允許電子能量存在的能量范圍在的能量范圍稱為稱為允帶允帶允帶包括滿帶、空帶和導帶允帶包括滿帶、空帶和導帶 完全被電子占據的能帶稱