Электропроводность кристаллических диэлектриков

Итак, приведенные данные показывают, что основной причиной электрического старения и регенерации неорганических диэлектриков является изменение концентрации дефектов решетки, обусловливающее изменение электропроводности кристаллического диэлектрика. В случае щелочно-галоидных кристаллов такими дефектами являются, по-видимому, /"-центры, подобные тем, которые возникают при окрашивании кристаллов в парах щелочного металла. В окрашенных /-центрами кристаллах появляется электронная составляющая электропроводности, за счет которой и происходит возрастание тока при электрическом старении щелочногалоидных кристаллов. В случае рутила и рутиловой керамики некоторые свойства дефектов, образующихся при электрическом старении и при химическом восстановлении, также одинаковы в обоих случаях дефекты представляют собой донорные центры и обеспечивают электронную электропроводность п-типа, одинаковым образом [c.139]

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ 1 [c.41]

Вопрос о характере электропро водности твердых кристаллических тел рассматривается обычно как часть более общей проблемы, связанной с изучением дефектов как металлических, так и неметаллических кристаллов. Под термином дефект подразумевают всякое отклонение от нормального расположения атомов (ионов) в кристалле. Прежде чем перейти к изложению теории электропроводности кристаллических диэлектриков, рассмотрим вкратце вопрос [c.41]

Электронная электропроводность может наблюдаться в газообразных, жидких и твердых диэлектриках. Она становится преобладающей в сильных электрических полях. Процесс электронной электропроводности кристаллических твердых диэлектриков объясняют на основе представлений зонной теории электропроводности твердых тел. [c.138]

Выше была рассмотрена электропроводность твердых тел при относительно невысоких напряженностях поля. При больших напряженностях необходимо учитывать возможность появления в кристаллических диэлектриках электронного тока, быстро возрастающего с увеличением напряженности поля, благодаря чему наблюдается отступление от закона Ома. [c.64]

Как уже упоминалось, ионная электропроводность может наблюдаться и у кристаллических диэлектриков. Особенно характерна ионная электропроводность для аморфных веществ — смол, лаковых пленок, компаундов, стекол и ряда других веществ, весьма широко распространенных в технике электрической изоляции, а также для жидких диэлектриков. У керамических материалов, содержащих наряду с кристаллической фазой также и аморфную (стекловидную) фазу, электропроводность в значительной степени определяется последней. [c.51]

Внутренний фотоэффект. При облучении светом некоторых полупроводников или диэлектриков оптические электроны отдельных атомов кристаллической решетки вещества, приобретая достаточную дополнительную энергию, отрываются от атомов и превращаются в электроны проводимости. Так как проводимость полупроводников и диэлектриков обычно мала, то появление в них электронов проводимости ведет к заметному повышению их электропроводности, а следовательно, и к уменьшению их сопротивления. Это явление и называется внутренним фотоэффектом, или фотопроводимостью. [c.168]

Ионная электропроводность, как и у жидких диэлектриков, сопровождается переносом вещества иа электроды. У твердых диэлектриков с электронной проводимостью этого переноса вещества не наблюдается. В твердых кристаллических телах, при низких температурах в первую очередь передвигаются слабо закрепленные ионы, ионы примесей. При высоких температурах движутся основные ионы кристаллической решетки. Энергия активации носителей тока определяет механизм электропроводности в твердых диэлектриках. Удельную проводимость в твердых диэлектриках можно определить так же, как у жидких, пользуясь уравнением [c.20]

Кристаллы с четным числом электронов на узел кристаллической решетки являются диэлектриками или полупроводниками (см. рис. 1.5,6) в них зоны в основном состоянии Т=0 К) либо полностью заполнены, либо пусты. В этом случае электрическое поле не может изменить энергии электронов в заполненной зоне (все уровни заняты), а в пустой зоне нет носителей заряда. Вследствие этого при Г->-0 К в диэлектриках и полупроводниках а->0. Верхнюю заполненную зону (валентную) и ближайшую пустую зону (зону проводимости) разделяет энергетическая щель (запрещенная зона) ДЦ7 (см. рис. 1.4 н 1.5,6). Поверхность Ферми в кристаллах с энергетической щелью в электронном спектре отсутствует, но середина этой щели (при отсутствии примесей и локальных уровней) называется уровнем Ферми Го (см. рис. 1.5,6). Для возбуждения электропроводности в этих кристаллах необходимо, чтобы за счет тепловых колебаний или других энергетических факторов частично освободилась валентная зона (дырочный механизм электропроводности) или частично заселилась электронами зона проводимости (электронный механизм). [c.14]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости в керамических материалах с ионной структурой в большинстве случаев имеет положительное значение. Это связано с тем, что с повышением температуры понижается плотность вещества и возрастает поляризуемость ионов. Однако имеется группа материалов, обладающих отрицательным пли переменным ТК е. Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты тока и с ее увеличением заметно снижается. Диэлектрические потери в керамических диэлектриках находятся Б зависимости от структуры и фазового состава материала. В большинстве керамических материалов диэлектрические потери определяются поляризацией и сквозной электропроводностью. Если керамический диэлектрик образован кристаллической фазой с плотной и устойчивой упаковкой ионов (корунд), то диэлектрические потери в нем при отсутствии примесей, искажающих решетку, будут незначительны. Напротив, если в керамическом диэлектрике большое содержание стекловидной фазы, являющейся типичным веществом ионной структуры, то диэлектрические потери в таком материале вследствие большой поляризуемости щелочных ионов и большой электропроводности будут велики. Керамические диэлектрики, кристаллическую фазу которых составляют вещества, обладающие структурой с неплотной упаковкой ионов (муллит, циркон, кордиерит), характеризуются повышенными диэлектрическими потерями, вызываемыми так называемой релаксационной поляризацией. Диэлектрические потери для подавляющего большинства керамических диэлектриков с повышением температуры возрастают. Величина диэлектрических потерь связана также с частотой. [c.290]

В твердых диэлектриках ионного строения электропроводность обусловлена главным образом перемещением ионов, вырываемых из решетки под влиянием флуктуаций теплового движения. При низких температурах передвигаются слабо закрепленные ионы, в частности ионы примесей. При высоких температурах движутся основные ионы кристаллической решетки. [c.59]

В некоторых неорганических диэлектриках имеет место ионно-релаксационная поляризация. Она заключается в образовании пространственных поляризационных зарядов внутри диэлектрика за счет переброса электрическим полем неупруго связанных ионов, имеющих с соседними частицами данного тела ослабленные связи. Эти слабо св н-ные ионы отличаются от нормально связанных тем, что они способны совершать сильные тепловые колебания и даже перебрасываться тепловым полем из своих положений равновесия на сравнительно большие расстояния, превосходящие расстояния, соответствующие ионной поляризации смещения. В кристаллических телах ослабление связей ионов в решетке бывает как за счет различных примесей, так и за счет нарушений закономерного роста кристалла при его образовании, что может быть вызвано многими причинами. Слабо связанные ионы при наличии достаточной тепловой подвижности могут перебрасываться на значительные расстояния электрически.м полем, положительные — в сторону отрицательного электрода, отрицательные — в сторону положительного электрода. Особенностью этих ионов является то, что они не уходят далеко от первоначального своего местоположения, не становятся свободными , т. е. ионами электропроводности, определяющими ток утечки. На некоторых расстояниях происходит закрепление слабо связанных ионов с образованием пространственных зарядов положительных в зоне отрицательного [c.31]

Ионная электропроводность наблюдается и в аморфных твердых диэлектриках как неорганических, так и органических. В неорганических технических стеклах ионная электропроводность обычно связана с наличием в них окислов натрия и калия, что обусловливает появление свободных ионов натрия и калия,об-ладающих вследствие сравнительно малых размеров большой подвижностью. В керамических материалах, состоящих из кристаллической и стекловидной аморфной фазы, ионная электропроводность в первую очередь определяется стекловидной фазой, содержащей обычно достаточно легкоподвижные ионы. В этих случаях, как в каменной соли, при повышенных температурах наблюдаются все закономерности ионной электропроводности перенос ионов на электроды, образование дендритов, а также соблюдается общеизвестный закон Фарадея, гласящий, что количество вещества, выделяющегося при электролизе за единицу времени, прямо пропорционально химическому эквиваленту вещества и количеству прошедшего электричества. [c.54]

Известно, что кристаллы окислов металлов являются ионными кристаллами и характеризуются гетерополярной связью между правильно чередующимися в узлах кристаллической решетки положительными и отрицательными ионами. Потенциальная энергия связи составляет, например 180 ккал/мольу МаС или 240 ккал/моль у Ь Ре против 94 ккал/моль у Ре [9]. Наличие прочной связи у неорганических диэлектриков приводит к тому, что электропроводность у них отсутствует или проявляется слабо, но при наложении электрического поля обнаруживается явление ионной поляризации. Это явление состоит в смещении положительных ионов решетки вдоль направления поля, а отрицательных ионов в противоположную сторону. Образуется электростатическое поле и ряд явлений, обусловленных связанными зарядами. [c.90]

Примеси и дефекты создают благоприятные условия для увеличения электропроводности кристаллов. В свою очередь благодаря электропроводности создаются условия (особенно в первлменных полях) для рассеивания энергии в диэлектрике (диэлектрические поляри). Но эти явления зачастую не связаны с процессами, имеющими прямое отношение к основным свойствам кристаллических диэлектриков, и мы их рассматривать не будем. [c.30]

Явления, связанные с электропроводностью твердых диэлектриков, благодаря большому разнообразию последних в отдельных случаях могут сильно отличаться друг от друга, что затрудняет вьшод соответствующих теоретических обобщений. К тому же следует иметь в виду и большое влияние всевозможных примесей и структурных дефектов на величину проводимости твердых диэлектриков. Поэтому еще сравнительно недавно считалось, что объемные токи утечки в твердых диэлектриках часто имеют аномальный характер, их закономерности не всегда укладываются в общепринятые теоретические представления. В настоящее время благодаря проведению большого количества тщательно поставленных экспериментальных исследований, теоретических работ и обобщений физическая природа электропроводности твердых диэлектриков стала достаточно ясной. При этих работах в качестве объектов исследований часто брались (и берутся) диэлектрики, не имеющие практического использования ак технические электроизоляционные материалы, например щелочно-галлоид-ные кристаллы, представителем которых является каменная соль. Объясняется это тем, что такие кристаллы имеют простую форму кристаллической решетки, все параметры которой теоретически известны и могут быть проверены экспериментально. Поэтому все теоретические предположения могут быть проверены экспериментально, и на основании достоверного экспериментального материала легко делать теоретические обобще. ния. [c.60]

В дальнейшем изложении мы рассмотрим более подробно названные виды электропроводности у диэлектриков для наглядного сопоставления и сравнения мы вкратце рассмотрим также основные вопросы, связанные с электрЪпроводностью проводников и полупроводников Нельзя не отметить, что у веществ того или иного химического состава как величина удельной проводимости, гак и сам характер явления электропроводности могут существенно изменяться в зависимости от температуры, строения, агрегатного состояния. Так, металлы в твердом и жидком состоянии — типичные ( металлические ) проводники, а в газообразном состоянии — диэлектрики. Кристаллический германий при температурах, близких к нормальной, — типичный полупроводник, а при температуре, близкой к абсолютному нулю, — диэлектрик в расплавленном состоянии германий имеет металлическую электропроводность в состоянии пара германий — диэлектрик. Углерод в аллотропических модификациях графита и аморфного углерода — проводник в модификации алмаза углерод является диэлектриком. [c.22]

Рассмотрим картину электропроводности в твердых кристаллических диэлектриках. Как атомы в узлах решетки, так и примесные атомы испытывают тепловые колебания около положений равновесия. Если слабо закрепленный атом (ион) получает достаточно большую энергию, он может переместиться из одного места закрепления в другое. Вероятность таких тепловых перебоо- [c.44]

В слабых электрических полях электронная электропроводность незначительна. Свободные электроны, которые попадают в диэлектрик, поляризуют некоторую окружающую их область диэлектрика. В результате вокруг электрона кристаллическая решетка искажается. Говорят, что вокруг электрона имеет место шуба , состоящая из поляризованной области диэлектрика. Электрон, окруженный поляризованной областью, называют поляроном. Если электроны перемещаются в электрическом поле, то перемещается и шуба , т. е. перемещается полярон. А это во много раз повышает эффективную массу электрона и скорость упорядоченного движения электрона уменьшается. Поэтому нронодимосгь за счет такого механизма перемещения электрона невелика. [c.139]

В соответствии с типом носителей заряда электропроводность диэлектриков можно классифицировать на электронную, при ко-то рой ток переносят отрицательно заряженные электроны или положительно заряженные электронные вакансии (дырки) полярон-пую, когда эти электроны и вакансии сильно связаны с кристаллической решеткой ионную, при которой ток переносят положительно заряженные катионы или отрицательно заряженные анионы (или ионные вакансии), а также молионную, если носителями являются заряженные группы молекул или даже макроскопические частицы. В случае положительного заряда молионов явление про- [c.41]

Третьим важным аспектом явления электропроводности диэлектриков следует считать механизмы переноса заряда. Этот механизм называется дрейфовым, если большую часть времени носители заряда тратят на движение (в том числе и ускоренное движение в электрическом поле), а меньшую — на соударение, захват и рассеяние на других частицах. Дрейфовая скорость заряженных частиц под воздействием электрического поля обычно гораздо ниже, чем скорость их хаотического перемещения. Вторым важным механизмом следует считать прыжковый , о котором уже говорилось выше в связи с поляронной проводимостью. При этом механизме носители заряда большую часть времени находятся в локализованном состоянии и лишь незначительную часть времени тратят на движение — перескок на соседний узел кристаллической решетки. И наконец, возможен диффузионный механизм переноса заряда, при котором за счет беспорядочных хаотических движений носителей заряда выравнивается их концентрация в диэлектрике. При этом носители заряда перемещаются из области повышенной концентрации в область меньшей концентрации одинаковых частиц. [c.45]

Микроскопические представления о механизмах поляризации могут быть сведены к нескольким моделям возможных процессов возникновения электрического дипольного момента в диэлектриках. Поскольку квантово-механические расчеты взаимодействий электронных оболочек и ядер атомов сложны даже для сравнительно простых молекул, целесообразно рассмотреть простейшие классические модели поляризации. В образовании электрического дипольного момента, как и в электропроводности, могут участвовать различные заряженные частицы, смещение которых под действием электрического поля или по другим причинам приводит к поляризованному состоянию. К ним относятся электроны, смещающиеся из равновесного положения относительно положительно заряженных ядер ионы, отклоняющиеся от равновесного положения в кристаллической рещетке диполи — полярные молекулы или радикалы, изменяющие свою ориентацию и, следовательно, электрический дипольный момент. Соответственно поляризация может быть электронной, ионной или дипольной. В некоторых неоднородных или многокомпонентных диэлектриках в образовании электрического дипольного момента участвуют также макродиполи — полярные или заряженные группы или слои в структуре диэлектрика. [c.62]

Установлено также, что электропроводность в керамических диэлектриках и ее зависимость от температуры определяются не только структурой вещества, но также и его составом. Указывается на то, что в телах кристаллического строения с ионной решеткой электропроводность связана с валентностью ионов. Вещества, содержащие одновалентные ионы, обладают большей электропроводностью, чем вещества, образованные двух- и трехвалентными ионами. Поэтому в частности, электроизоляционная керамика не содержит щелочных ионов, а примеси последних стремятся довести до возможного минимума. Введение в состав стекловидной фазы керамики окислов тяжелых металлов приводит к значительному увеличению сопротивления (радиофарфор). [c.291]

Итак, произведен анализ одной из гипотез об электрическом старении неорганических диэлектриков, основанной на предположении, что рост электропроводности в процессе старения происходит за счет увеличения концентрации несвязанных дефектов в кристаллической решетке диэлектрика и смещения этих дефектов в электрическом поле к противоположным граням микрокристалликов, из которых состоит керамика, или блоков мозаичности, из которых состоит кристалл. [c.147]

Исследования спиновых центров на атомарно-чистых поверхностях Si и Ge дали полезную информацию о гибридизации поверхностных атомов. К сожалению, они относятся только к поверхностям раскола, т.е. к граням (ill). Другие плоскости не изучались. В литературе имеются данные о парамагнитных центрах на поверхностях раскола кристаллических модификаций Si02, где также обнаружена регибридизация связей Si. Из-за больших ширин линий с размытой СТС менее информативны данные ЭПР для ряда соединений AIIIbv Этим, по-видимому, и исчерпывается на сегодняшний день перечень атомарно-чистых поверхностей полупроводников и диэлектриков, изученных методом ЭПР. Последнее в значительной степени связано с недостаточно высокой чувствительностью метода. По этой причине мало еще изучены температурные зависимости сигналов ЭПР и зависимости параметров линий от концентрации спиновых центров, что, как мы отмечали ранее, дало бы более полные данные о топографии спиновых центров и механизме их заполнения. Метод ЭПР не применим к атомарно-чистым поверхностям металлов, т.к. из-за их высокой электропроводности резко падает добротность резонатора. [c.157]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...