5. Основные свойства п/п. Электрические свойства.

Электропроводность с характеризует перенос (дрейф) электрических зарядов в ве­ществе под действием внешнего электричес­кого поля напряженностью Е в направлении этого поля. Размерность удельной электропро­водности (электропроводности) а составляет сименс на метр (См/м) или Ом"¹ • см"¹. Величи­на, обратная а, — удельное электрическое сопротивление р измеряется в Ом ■ см.

Электропроводность может быть чисто электронной (у большинства металлов), чис­то дырочной и смешанной, когда в электро­проводности участвуют как электроны, так и дырки (у полупроводников), в ионных соеди­нениях она может быть ионной и прыжковой. Ионная проводимость может быть катионной, анионной и смешанной.

В соответствии с законом Ома плотность электрического тока J в теле определяется уравнением

Если в конденсированной фазе имеются носители заряда только одного знака (напри­мер, электроны в металлах), то плотность электрического тока можно выразить как

j = env_d; (2.2)

здесь е — заряд электрона, Кл; п — концен­трация электронов, см"³; v_d — средняя ско­рость упорядоченного движения носителей за­ряда.

В свою очередь, v_d описывается форму­лой

v_d = ЦЕ, (2.3)

где (1 — подвижность носителей заряда,

равная скорости направленного перемещения носителей заряда в поле единичной напряжен­ности (Е = 1 В/см). Единица измерения под­вижности — см²/(В • с).

Из сопоставления формул (2.2) и (2.3) вид­но, что в условиях, когда присутствуют но­сители заряда только одного знака — элект­роны,

а = en\i_n, (2.4)

где ц„ — подвижность электронов.

При изменении знака носителей заряда меняется и знак подвижности, поэтому зна­чение <т не зависит от знака носителей заря­да. В общем случае при наличии в материале носителей заряда разного рода (электронов, дырок, ионов) выражение для удельной элек­тропроводности имеет вид

ст = 1а, = Хета,щ, (2.5)

из которого следует, что вклад в электропро­водность носителей данного типа зависит от их концентрации щ и подвижности

В изотропных веществах цио — скаляр­ные величины, а векторные величины J и Е совпадают по направлению.

В анизотропных веществах, какими, как правило, являются вещества с гетеродесми-ческими связями (см. гл. 1), связь между век­торами J и Е более сложная: она описывает-ся тензором второго ранга. Однако рассмот­рение этого вопроса выходит за рамки настоя­щего учебника.

В изотропном твердом теле, когда носи­телями заряда являются электроны и дырки (полупроводники), удельная электропровод­ность равна

а = епц_п + ерц_р, (2.6)

где пир — концентрация электронов и ды­рок; ц_р — подвижность дырок.

Диапазон значений удельной электропро­водности различных веществ (от металлов до диэлектриков) огромен: почти 30 порядков по величине (рис. 2.1).