Elektromos vezetési tulajdonságok

Hasonló dokumentumok
BME, Anyagtudomány és Technológia Tanszék. Trendek az anyagtudományban Vezetési jelenségek Dr. Mészáros István 2013.

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok. Elektromos vezetési folyamatban töltést továbbító (elmozdulni képes) részecskék:

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

Elektromos vezetési tulajdonságok Fémek, szupravezetők

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat 2015/16. Mágneses anyagok. Dr. Szabó Péter János

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Az anyagok vezetési tulajdonságai (segédanyag a "Vezetési jelenségek" című gyakorlathoz)

Szilárdság (folyáshatár) növelési eljárások

3. (b) Kereszthatások. Utolsó módosítás: április 1. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

Szilárdtestek sávelmélete. Sávelmélet a szabadelektron-modell alapján

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

dinamikai tulajdonságai

Fázisátalakulás Fázisátalakulások diffúziós (egyedi atomi mozgás) martenzites (kollektív atomi mozgás, diffúzió nélkül)

Transzportfolyamatok. Alapfogalmak. Lokális mérlegegyenlet. Transzportfolyamatok 15/11/2015

A SZILÁRDTEST FOGALMA. Szilárdtest: makroszkópikus, szilárd, rendezett anyagdarab. molekula klaszter szilárdtest > σ λ : rel.

BŐVÍTETT TEMATIKA a Kondenzált anyagok fizikája c. tárgyhoz

Elektron mozgása kristályrácsban Drude - féle elektrongáz

Munkagázok hatása a hegesztési technológiára és a hegesztési kötésre a CO 2 és a szilárdtest lézersugaras hegesztéseknél

Diffúzió 2003 március 28

DR. KOVÁCS ERNŐ ELEKTRONIKA II. (DISZKRÉT FÉLVEZETŐK, ERŐSÍTŐK) ELŐADÁS JEGYZET

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK. Anyagismeret 2016/17. Szilárdságnövelés. Dr. Mészáros István Az előadás során megismerjük

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 9. Hőtani, elektromos és kémiai tulajdonságok

Fémtechnológiák Fémek képlékeny alakítása 1. Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti változások

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

2010. január 31-én zárult OTKA pályázat zárójelentése: K62441 Dr. Mihály György

9. évfolyam. Osztályozóvizsga tananyaga FIZIKA

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

FÉLVEZETŐ ESZKÖZÖK I. Elektrotechnika 4. előadás

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

1. SI mértékegységrendszer

Szupravezetés. Mágneses tér mérő szenzorok (DC, AC) BME, Anyagtudomány és Technológia Tanszék. Dr. Mészáros István. Előadásvázlat 2013.

XXV. ELEKTROMOS VEZETÉS SZILÁRD TESTEKBEN

Átmenetifém-komplexek ESR-spektrumának jellemzıi

Elektrodinamika. Maxwell egyenletek: Kontinuitási egyenlet: div n v =0. div E =4 div B =0. rot E = rot B=

Az elektromágneses hullámok

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2.

Szigetelők Félvezetők Vezetők

A szilárd testek alakja és térfogata észrevehetően csak nagy erő hatására változik meg. A testekben a részecskék egymáshoz közel vannak, kristályos

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

Szilárdtestek mágnessége. Mágnesesen rendezett szilárdtestek

f = n - F ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

Orvosi Fizika 13. Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

TANMENET FIZIKA. 10. osztály. Hőtan, elektromosságtan. Heti 2 óra

Vezetékek. Fizikai alapok

Fizika M1 - A szilárdtestfizika alapjai. Gépészmérnök és Energetikai mérnök mesterszak

Reális kristályok, kristályhibák

Villamos tulajdonságok

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Molekulák, folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

Az anyagok lehetséges állapotai, a fizikai körülményektől (nyomás, hőmérséklet) függően. Az anyagokat általában a normál körülmények között jellemző

Szilárdságnövelés. Az előadás során megismerjük. Szilárdságnövelési eljárások

AZ ELEKTRON MÁGNESES MOMENTUMA. H mágneses erœtérben az m mágneses dipólmomentummal jellemzett testre M = m H forgatónyomaték hat.

Azonos és egymással nem kölcsönható részecskékből álló kvantumos rendszer makrókanónikus sokaságban.

Átmenetifém-komplexek mágneses momentuma

1. Prefix jelentések. 2. Mi alapján definiáljuk az 1 másodpercet? 3. Mi alapján definiáljuk az 1 métert? 4. Mi a tömegegység definíciója?

American Society of Materials. Szilárdtestek. Fullerének (C atomok, sokszögek) zárt gömb, tojás cső (egy és többrétegű)

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

KISÉRLETI FIZIKA Elektrodinamika 4. (III. 4-8.) I + dq /dt = 0

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

Anyagtudomány: hagyományos szerkezeti anyagok és polimerek

A FÉMES KÖTÉS ÉRTELMEZÉSE A SZABADELEKTRON MODELL ALAPJÁN

Szilárdságnövelés. Az előkészítő témakörei

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

A talajok összenyomódásának vizsgálata

Milyen simaságú legyen a minta felülete jó minőségű EBSD mérésekhez

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

A fémek egyensúlyi viselkedése. A fémek kristályos szerkezete


A kémiai és az elektrokémiai potenciál

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Orvosi jelfeldolgozás. Információ. Információtartalom. Jelek osztályozása De, mi az a jel?

Mágneses tér anyag kölcsönhatás leírása

Fizika II minimumkérdések. A zárójelben lévő értékeket nem kötelező memorizálni, azok csak tájékoztató jellegűek.

Mechanika, dinamika. p = m = F t vagy. m t

Sugárzás kölcsönhatása az anyaggal 1. Fény kölcsönhatása az anyaggal. 2. Ionizáló sugárzás kölcsönhatása az anyaggal KAD

Bevezetés az analóg és digitális elektronikába. V. Félvezető diódák

Fermi Dirac statisztika elemei

Mágneses tér anyag kölcsönhatás leírása

-A homogén detektorok közül a gyakorlatban a Si és a Ge egykristályból készültek a legelterjedtebbek.

Újpesti Bródy Imre Gimnázium és Ál tal án os Isk ola

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

Molekulák mozgásban a kémiai kinetika a környezetben

Az optika tudományterületei

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

Altalános Kémia BMEVESAA101 tavasz 2008

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 8. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Egyenáram. Áramkörök jellemzése Fogyasztók és áramforrások kapcsolása Az áramvezetés típusai

A kémiai kötés magasabb szinten

Termodinamika (Hőtan)

Átírás:

Elektromos vezetési tulajdonságok Vezetési jelenségek (transzportfolyamatok) fenomenologikus leírása Termodinamikai hajtóerő: kémiai potenciál különbség: Egyensúlyban lévő rendszer esetén: = U TS δ = δx δ δx Elektromos vezetés: külső E töltéstranszport j = σ grad U = σ E δ δx du dw j = σ σ dx q dx σ S j = σ gradu σ gradw q dt dx σ S gradt Diff. Ohm törvény Kontakt potenciál Peltier-hatás Seebeck-hatás Potenciál gradiens ermi-szint gradiens Hőmérséklet grad (anyagminőség változás) fém-fém (hőelem) pn-átmenet Schottky-átmenet Elektromos- és hővezetés kapcsolata κ L = ranz - Wiedmann törvény σ T (főként egyvegyértékű fémekre) κ = LσT L =,44 0-8 ΩW/K Lorentz-szám T = állandó κ = konst σ Transzportban részvevő részecskék: Elektromos vezetés: Szabad elektronok Hővezetés: Szabad elektronok ononok (rácsrezgés kvantum) Kivételek! pl. gyémánt Elektromos vezetési folyamatban töltést továbbító (elmozdulni képes) részecskék: Vezetők fémek szabad elektron ötvözetek szabad elektron elektrolitok + és - ionok plazma áll. gázok + és - ionok élvezetők elemi szabad elektronok, lyukak vegyület szabad elektronok, lyukak Szigetelők kovalens kristályok szabad elektronok, lyukak ionos kristályok szabad elektronok, lyukak folyadékok + és - ionok gázok + és - ionok

Vezető anyagok klasszikus csoportosítása σ (fajlagos vezetőképesség) Siemens/m, /Ohm m < 0-8 S/m szigetelő 0-8 -0 6 S/m félvezető > 0 6 S/m fémes vezető l R = σ = [ Ωm] S σ m ajlagos ellenállás irányfüggése izotróp (köbös szerezetű egykristályok, polikristályok) anizotróp (alacsony szimmetriájú kristályok: hex., tetragonális ) pl: Cd, Mg, Zn, C (grafit): párhuzamos meroleges Matematikai leírása: tenzor mennyiség 000 Vezetési mechanizmusok leírása Klasszikus (Sommerfeld-féle, szabad-elektron modell) eltételezés: elektromok között nincs kölcsönhatás (ideális gáz) Elektron mozgása: Rendezetlen termikus mozgás + sodródás (drift) Kvantummechanikai leírás Elektronhoz rendelt síkhullám mozgása a rácsperiodikus potenciáltérben. Vezető test: potenciálgödör. v (sebesség) j = q n v d t (idő) q E vd = τ m n q τ j = E = σ E m v drift τ: átl. élettartam λ: átl. szabad úthossz v d = µ E µ n : elektron mozg. µ p : lyuk mozg. anizotróp, [cm /Vs] Mérése: Hall - effektus C- V mérés

Eredmények: Differenciális Ohm-törvény - vegyértékű fémekre jó fajlagos ellenállás értékek Problémák: azonos fém allotróp módosulatai többvegyértékű fémek (számított fajlagos ellenállás hibás) élvezetők, szigetelők (hőmérsékletfüggés nem magyarázható) σ (T, megvilágítás, külső E, sugárzás ) σ = const e E kt Elektron kettős természete: korpuszkuláris, hullám de roglie: h λ = mv 34 6,6 0 Js λ = = 7,3nm rácsállandó 0,3-0,4 nm 3 5 m 9, 0 kg 0 s 5 C, szabad e - : E=6meV 0 5 m/s termikus sebesség csak kvantummechanikai leírás lehetséges Probléma: elektronhoz rendelt síkhullám terjedése rácsperiodokus potenciáltérben E(k) diszperziós reláció: megengedett e - -állapotokhoz tartozó E - k párok. k = = mv = P λ h h nalógiák: rtg. diffrakció, csatolt mechanikai rezgőrendszer stb. ragg: kioltási feltétel nem terjedhet (tiltott hullámszámok) λ (n + ) = d sin Θ o Θ = 90 (n + ) = a k k = (n + ) a ± a ± 3 a k = k = = mv = mv λ h h kh E = mv = m m h E = k m Szabad elektronok esetén Kristály: rillouin zónák zónahatárok E(k) szintfelületek (4dim célszerű síkmetszetek)

W C W W V W W g I k I 0,07 m 0 5000 cm /Vs Gas, m 0 00 cm /Vs 0,36 ev 0 []... k =. 5,6. 0 9 [/m] [00]... k. =,7. 0 9 [/m] Szigetelő élvezető (félszigetelő) émes vezető W,43 ev Síkmetszetek kvázifolytonos tartományok Vezetési Kötési Tiltott sáv (gap) I k I E g > ev E g < ev nincs tiltott sáv Energia-szintek betöltődése Generáció (G) Rekombináció (R) lyuk, elektron párok (direkt, indirekt) Termikus egyensúlyi állapot: G(gerjesztés) = R(n,p) gerjesztés: T, foton, részecske sugárzás stb. etöltési valószínűség ermi-dirac statisztika (nem megkülönböztethető, spínnel rendelkező részecskék) f ( W ) = W W kt 0,5 ermi-szint e + ermi-szint helye (intrinsic-, extrinsic-, elfajult-félvezető) Szintek betöltöttsége 0K-en. émek és fémes ötvözetek vezetési tulajdonságai émek fajlagos ellenállását befolyásoló tényezők periodikus pot. tér torzulása növekedése rácsrendezetlenség termikus rácsrezgések ponthibák diszlokációk (alakítás) felületszerű hibák (szemcseméret) térfogati hibák (kiválások, új fázis) rácstorzulás (szilárd oldatos ötvözés)... Matthiesen-szabály (szeparálható fv.) ( T, c, ε ) = ( T ) + ( c) + ( ε ) + 3

hőmérsékletfüggése (fémes vezető) Maradó ellenállás 00K /3OP OP n ( T ) = 0( + α T + β T + + µ T ) ( T ) = ( + α T ) α = T m * m * = = = R + T nq τ nq + τ R τ T T (K) 0 0 Ötvözés hatása ötvöző perturbálja a potenciál teret növeli a -t szilárd oldat esetén második fázis (vegyület) kr. hibák maradó ellenállás Szupravezető: maradó ellenállás nulla Lineáris viselkedéstől eltér ha van: ferro-paramágneses átmenet allotróp átalakulás fázis átalakulás T olvadék T olvadék + α szilárd oldat (α) T olv. + T olvadék + olv. + Nordheim-szabály ötv = c = + ( c) ( ) c + c( c) a., α C T a. T Mott-szabály = c = Rendezett rácsú szilárd oldat b. α C = c ötv ( c) b. ötv = V + V Ni 3 l superalloy

Képlékeny alakítás, hőkezelés hatása ajlagos-ellenállás növekmény lakítás mértéke Képlékeny alakítás vakanciák, diszlokációk n ε = k ε ln = n lnε + ln k ε Egyensúly felé tart a rendszer csökken.