[재료공학]결정의 전기전도도

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목차

1.실험제목
2.실험목적
3.이론
(1)금속의 전기전도도
-온도의 영향
-불순물의 영형
-전기전도도의 결함 성분
(2)반도체의 전기전도도
-진성반도체
-외인성반도체

본문내용

3. 이론
(1)금속의 전기전도도
금속이 높은 전도율을 가지고 있는 것은 페르미 에너지(Ef)보다 높은 빈 에너지 준위로 많은 자유 전자가 여기되기 때문이다. σ=n|e|μe에서의 n의 값이 커지기 때문이다. 금속의 전기전도를 비저항(전도율의 역수)의 관점에서 설명하는 것이 편리한데 그 이유는 다음과 같다. 결정 결함이 금속세서의 전기 전도에 대하여 산란 중심체(scattering center)의 역할을 하므로 결정 결함의 증가는 비저항을 증가(또는 전도율을 감소)시킨다. 결함의 농도는 금속 시편의 온도, 조성 및 냉간 가공에 따라 달라진다. 실제로 금속의 총 비저항값은 열진동, 불순물, 냉간 가공량들이 미치는 영향의 총합이다. 즉, 이 세 가지 산란 기구(scttering mechanism)는 서로 독립적으로 작용하고 있다. 그러므로 이와 같은 개념을 수학적 형태로 표현하면 다음과 같다. σtotal=σt+σi+σd 여기서 σt,σi,σd는 각각 열진동, 불순물, 냉간 가공 정도에 의하여 증가되는 비저항값이다. 마시젠의 규칙(Matthiessen`s rule)이라고 알려져 있다. 각각의 비저항값이 전체 비저항에 미치는 영향도 그림 18.8에 나타나 있다. 그림 18.8은 열처리 또는 냉간 가공 처리된 재료에 대하여 온도 증가에 따라 증가되는 비저항값을 나타낸 결과이다. 이때 조사된 재료는 구리와 구리-니켈 합금이다. 각각의 기구(열진동, 불순물, 냉간 가공)에 의하여 증가되는 비저항값은 -100℃에서 설명된 것이다.

①온도의 영향
그림 18.8에서 보인 것과 같이, 순수한 금속과 모든 구리-니켈 합금의 비저항값이 -200℃이상에서 온도 증가에 따라 직선적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 이와 같은 관계는 다음과 같다. σt=σ0+aT 여기서 σ0와 a는 금속에 따라 다른 값을 가지는 상수이다. 온도가 비저항에 미치는 영향은 온도 증가에 ㄸ라 열진동과 격자 불규칙성[예를 들면, 공공(빈 격자점, vacancy)]이 증가하는 데에서 기인된다. 열진동과 격자 불규칙성은 전자 산란의 중심체 역할을 한다.

참고 자료

The introduction of Material Science. Callister