(Electrical Properties )

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1 (Electrical Properties )
전기적 성질 (Electrical Properties )

2 (Electrical conductivity)
V(전압) = I(전류) X R(저항) 비저항(resistivity, ρ) : 재료고유값 ρ= RA/ℓ = VA/Iℓ [Ω- m] A:전류가 흐르는 방향에 수직인 단면적, ℓ: 두점 사이의 거리 오옴의 법칙 (Ohm's law) σ= 1/ρ [Ω- m] = mho/m = μs/㎝ (s : simens, 지멘스) J(전류밀도) = σe = I/A (E:전기장의 세기, V/ℓ) 부도체(Insulator) : 10-10`~ [Ω- m] -1 반도체(Semi conductor) : 10-6`~ 104 [Ω- m] -1 도체(Conductor) : 107 [Ω- m] -1 전기전도도 (Electrical conductivity) 고체재료 : 전자전도 (전류가 전자의 흐름에 의해 발생) 이온재료 : 이온전도 전자 및 이온전도

3 에너지 밴드(띠) 밴드갭(Band gap) : 전자가 지닐 수 있는 에너지대역의 차이
물질의 전도대(conduction band)와 가전대(valence band)사이의 에너지 차이 밴드갭 이상의 에너지를 가할 경우 전자는 가전대에서 전도대로 여기(excite)된다. 고체재료의 전기적 특성은 전자밴드 구조에 따라 달라진다. * 패르미 에너지(Fermi energy) : 전자가 채워지는 가장 높은 에너지준위에 해당하는 에너지 최외각 궤도의 전자가 0[K]에 있을 때의 에너지 크기

4 에너지밴드와 원자결합에 의한 전기전도 전자 이동도 금속의 비저항
밴드갭 에너지가 큰 것은 주어진 온도에서 가전대에서 전도대 준위로 뛰어 들어갈 확률이 낮아짐. (즉, 전자의 수가 적어 전기전도도가 낮음 : 절연체) 반도체는 공유결합으로 이온결합보다 약하여 전자의 열적 여기가 쉬움.(자유롭게 움직임) 전자 이동도 전기전도도 σ= n lel μe N: 단위부피당 자유전자수(전도되는 전자수) lel : 하나의 전자가 보유하는 절대 전하량(1.6X10-10C) μe : 전자이동도(충돌주기) 금속의 비저항 메티슨(Mathiiessen)의 법칙 : 결정결함이 증가하면 비저항이 증가하여 전도도 감소 Ρtotal = ρt (열진동) + ρi(불순물) + ρd(냉간가공 정도) 온도 증가, 불순물 증가, 소성변형에 의한 산란전위의 수가 증가하면 비저항이 증가한다.

5 진성(고유)반도체 (Intrinsic semiconductor)
상용 합금 구리의 전도도 : 6.0 X 107 [Ω- m] -1 기계적 강도를 증가시키기 위해 구리-베릴륨(Be) 합금 : 전기전도도 1/5로 감소 니크롬(니켈-크롬 합금) : 발열체(높은 전기비저항, 고온 내산화성, 높은 용융점) 진성(고유)반도체 (Intrinsic semiconductor) 순수한 재료 고유의 전자구조에 의한 전기적 특성 : Si, Ge 화합물반도체는 주기율표상 떨어져 있어 전기음성도차가 크기때문에 강한 이온결합으로 밴드갭에너지 가 증가하여 절연특성을 나타냄 : 갈륨아세나이드(GaAs), 인듐안티모나이드(InSb)

6 비고유성(외인성, 불순물)반도체 (Extrinsic semiconductor)
도너(doner, 주게) : ⅤA족(P, As, Sb)

7 p형 반도체 도핑(doping) 억셉터(acceptor, 받게) : ⅢA족(Al, B, Ga)
도너 혹은 억셉터 불순물을 원하는 만큼 의도적으로 주입하는 것(합금공정)

8 이온 재료의 전도 고분자의 전기적 특성 - 전자와 이온에 의한 전도도의 합 - 재료, 순도, 온도에 따라 결정됨.
- 온도가 증가함에 따라 전도도가 증가하지만 고온에서 절연특성 유지 고분자의 전기적 특성 - 1.5 X 107 [Ω- m] -1 : 구리의 ¼ (부피) 전도도 - 전도성고분자(폴리피롤, 폴리아닐린 ) : 구리의 2배(무게) : 대전방지, 차폐, 다이오드, 트랜지스터에 이용

9 강유전성(ferro electricity) 압전성(piezo electricity)
유전체(Dielectric) 전기적으로 절연특성(비금속)을 가지면서 동시에 전기적 쌍극자 구조를 보이는 재료 : 커패시터(capacitor, 축전지)에 이용, 유전상수(6~10), cf: 고분자(2~5) 강유전성(ferro electricity) 전기장이 없을 때도 자발적으로 분극이 나타나는 경우(영구적 전기 쌍극자 존재) : BaTiO3 (상온에서 5000 정도의 높은 유전 상수값) : 120℃ 이상으로 가열하면 강유전특성 상실 → 정방구조(tetragonal)가 등축정계(cubic)로 바뀌기 때문에 압전성(piezo electricity) 압력전기(물리적인 힘)에 의해 분극하여 전기장 형성(전기에너지를 기계적으로 변형)