Электропроводность твердых диэлектриков ионного строения

У этих диэлектриков электропроводность обусловлена направ­ленным перемещением точечных дефектов (см. гл. 1.6), концентра­ция которых при нагревании возрастает за счет тепловых флуктуа- ций. Точечными дефектами являются как собственные свободные ионы диэлектрика (в том числе ионы, находящиеся вблизи дефек­тов решетки) и вакансии кристаллической решетки, так и ионы при­меси. Перемещение вакансий рассматривается как движение заря­женных частиц. Дрейф собственных заряженных частиц диэлектрика обусловливает его собственную проводимость, которая проявляется при высоких температурах. Дрейф ионов примеси обусловливает примесную проводимость, наблюдаемую уже при сравнительно низ­ких температурах. Примеси являются не только источником свобод­ных ионов, они, ослабляя ионную связь, облегчают тем самым соб­ственным ионам диэлектрика уход из узлов решетки в междоузлие, после чего эти ионы становятся свободными и образуют в диэлек­трике электрический ток. Чем выше температура, тем большее число собственных ионов освобождается из узлов решетки, выше их под­вижность и тем, следовательно, выше удельная электропроводность (см. формулы (3.5), (3.9) и рис. 3.4).

р, Ом- м о 3 5 7 9 11 8

В широком диапазоне температуры зависимость lgy диэлектрика ионного строения от обратной абсолютной температуры (1/7) мож­
но представить в виде двух прямолинейных участков с различными углами наклона к оси абсцисс (рис. 3.11). Ниже точки излома распо­ложена область низкотемпературной или примесной проводимости. В этой области прямая зависимости lgy(l/7) более пологая, и элек­тропроводность в данном случае определяется в основном природой и концентрацией примеси. Выше точки излома находится область высокотемпературной или собственной проводимости, обусловленная в основном дрейфом собственных свободных ионов и вакансий. Она от примеси не зависит и является физическим параметром данного диэлектрика. С увеличением температуры оба вида проводимости возрастают в результате увеличения подвижности, а главное — кон­центрации заряженных частиц.

Наиболее высокое удельное сопротивление (р = 10¹⁵—10¹⁷ Омм) у высококачественных диэлектриков ионного строения с плотной упаковкой решетки ионами (например, кварцевое стекло, корундо­вая керамика, слюда). Наличие в этих диэлектриках ионов примеси приводит к существенному снижению удельного сопротивления. Особенно опасны примеси, чьи ионы по размеру меньше, чем собст­венные ионы диэлектрика, и являются одновалентными (например, ионы водорода и щелочных металлов).

У диэлектриков аморфных и кристаллических с неплотной упа­ковкой решетки ионами (например, неорганические стекла, элек­тротехническая керамика, асбест) удельное сопротивление ниже (р = 10⁸— Ю¹⁰ Омм), чем у диэлектриков с плотной упаковкой решетки. Более «рыхлая» структура этих материалов обеспечивает большую подвижность ионам. Кроме того, эти материалы имеют и большую концентрацию носителей заряда.

2000юоо600т.; с

10 ⁸ 10 ⁹ 10 ¹⁰ 10 ¹¹

4 6

10 12 14 \ъ^ъ/т_%к¹

Y. Cm/KI

Рис. 3.11. Зависимость удельной электропро­водности у диэлектрика ионного строения — алюминоксида (алунда) от обратной темпера­туры 1 /Т

Удельная электропроводность твердых диэлектриков ионного строения зависит также от их химического состава. Кристаллы с мно­говалентными ионами имеют большее удельное сопротивление, чем кристаллы с одновалентными ионами. Например, удельное сопротив­ление кристаллов А1₂0₃, Si0₂ или MgO значительно выше, чем кри­сталлов NaCl. Замена ионов с меньшим радиусом на ионы с бблыиим радиусом (Li⁺->Na⁺—>К⁺—>Rb⁺) приводит к возрастанию удельного со­противления на несколько десятичных порядков. Введение в материал (например, стекло) окислов тяжелых металлов (РЬО, ВаО) приводит к существенному увеличению удельного сопротивления.

Дата добавления: 2015-08-09