《材料物理性能》测试题汇总Word格式文档下载.docx
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A热容是一个与温度有关的物理量，因此需要用微分来精准定义。
B实考证明，高温下化合物的热容可由柯普定律描绘。
C德拜热容模型已经能够精准描绘材料热容随温度的变化。
D材料热容与温度的精准关系一般由实验来确定。
2、对于热膨胀，下列说法中不正确的选项是
A各向同性材料的体膨胀系数是线膨胀系数的三倍。
B
各向异性材料的体膨胀系数等于三个晶轴方向热膨胀系数的加和。
C热膨胀的微观机理是由于温度升高，点缺陷密度增高引起晶格膨胀。
D
由于本质相同，热膨胀与热容随温度变化的趋势相同。
3、下面列举的磁性中属于强磁性的是
A顺磁性
亚铁磁性
C
反铁磁性
抗磁性
4、对于影响材料铁磁性的因素，下列说法中正确的选项是
A温度升高使得MS、BR、HC均降低。
B
温度升高使得
MS、BR降低，HC升高。
C冷塑性变形使得
和HC均升高。
冷塑性变形使得
和HC均降低。
5、下面哪一种效应不属于半导体敏感效应。
A磁敏效应
热敏效应
巴克豪森效应
压敏效应
6、对于影响材料导电性的因素，下列说法中正确的选项是
A由于晶格振动加剧散射增大，金属和半导体电阻率均随温度上升而升高。
B冷塑性变形对金属电阻率的影响没有一定规律。
C“热塑性变形＋退火态的电阻率”的电阻率高于“热塑性变形＋淬火态”
D一般情况下，固溶体的电阻率高于组元的电阻率。
7、下面哪一种器件利用了压电材料的热释电功能
（）
A电控光闸
红外探测器
C铁电显示器件
D晶体振荡器
8、下对于铁磁性和铁电性，下面说法中不正确的选项是
A都以存在畴构造为必要条件B都存在矫顽场
C都以存在畴构造为充分条件D都存在居里点
9、下列硬度实验方法中不属于静载压入法的是（）
A布氏硬度
肖氏硬度
洛氏硬度
显微硬度
10、对于高温蠕变性能，下列说法中不正确的选项是
A蠕变发生的机理与应力水平无关。
粗化晶粒是提高钢长久强度的途径之一。
C松弛稳定性能够评论材料的高温预紧能力。
D蠕变的热激活能与材料的化学成分有关。
四、简答题（每题
6分，共
30分）：
1、以杜隆－珀替定律为例，简要回答热容模型的推导步骤。
2、直接互换作用是怎样解释自发磁化现象的？
3、什么是霍耳效应，简要回答其在电学性能中的应用。
4、怎样理解反射系数和折射率的关系？
5、以
BaTiO3晶体为例，简要说明热运动引起的自发极化。
铁磁性材料的技术磁化过程分为哪几个阶段，请用简图表示并用文字简单说明各阶段的含义，指出怎样从该图求得自发磁化强度。
压电体：
某些电介质施加机械力而引起它们内部正负电荷中心相对位移，产生极化，进而致使介质两头表面内出现符号相反的束缚电荷。
在一定应力范围内，机械力与电荷呈线性可逆关系这类物质
导体：
在外电场的作用下，大量共有化电子很易获得能量，集体定向流动形成电流的物体
半导体：
能带构造的满带与空带之间也是禁带，可是禁带很窄，导电性能介于导体和半导体之间的物体绝缘体：
在外电场的作用下，共有化电子很难接受外电场的能量，难以导通电流的物体
热电效应：
当材料存在电位差时会产生电流，存在温度差时会产生热流的这种现象
电光效应：
铁电体的极化能随E而改变，因而晶体的折射率也将随E改变，这种由外电场引起晶体折射率的变化
一般吸收：
在光学材料中，石英对所有可见光几乎都透明的，在紫外波段也有很好的透光性能，且吸收系数不变的这种现象选择吸收:
对于波长范围为3.5—5.0μm的红外光却是不透明的，且吸收系数随波长强烈变化的这种现象
发光效率：
发光体把受激发时吸收的能量变换为光能的能力
受激辐射：
当一个能量知足hv=E2-E1的光子趋近高能级E2的原子时，入射的光子诱导高能级原子发射一个和自己性质完全相同的光子的过程
因瓦效应：
将与因瓦反常有关系的其余物理特性的反常行为
简答题
电介质导电的观点、详尽类别、根源。
观点：
并不是所有的电介质都是理想的绝缘体，在外电场作用下，介质中都会有一个很小的电流
类别：
一类是源于晶体点阵中基本离子的运动，称为离子固有电导或本征电导，这种电导是热缺陷形成的，即是由离子自己随着热运动的加剧而走开晶格点阵形成。
另一类是源于结协力较弱的杂质离子的运动造成的，称为杂质电导
根源（导电方式）：
电子与空穴（电子电导）；
移动额正负离子电导（离子电导）。
对于离子电导，必须需要指出的是：
在较低场强下，
存在离子电导；
在高场强下，呈现电子电导。
硬磁材料与软磁材料各自的特点与区别。
软磁材料：
磁滞回线瘦长，μ高、Ms高、Hc小、Mr低，如变压器铁芯，常用材料如工业纯铁、硅铁、铁镍合金、铁钴合金等。
硬磁（永磁）材料：
磁滞回线短粗，μ低、Hc与Mr高，常用材料如铁氧体、铝镍、稀土钴、稀土镍合金等，80年代发展的Nd-Fe-B
系合金
Mr/Ms靠近于1的矩形回线材料即矩磁材料是理想的磁记录材料。
请简要回答热电性的三个基本热电效应。
电滞回线的各个物理量的名称和物理意义。
极化强度P，外加电场E，饱和极化强度Ps，剩余极化强度Pr，矫顽电场强度Ec
磁滞回线的各个物理量的名称和物理意义。
Hs称为使磁化强度达到饱和时的磁场强度，饱和磁感觉强度Bs，Ms称为饱和磁化强度，Mr称为剩余磁化强度，要使M降至0，必须施加一反向磁场－Hc，Hc称为磁矫顽力，
请鉴于磁化率给物质磁性分类，并说明各类的物质磁化难以程度。
简要回答物质磁性的根源
任何物质由原子组成，原子又有带正电的原子核（核子）和带负电的电子组成。
核子和电子本身都在做自旋运动，电子又沿一定轨道绕核子做循规运动。
它们的这些运动形成闭合电流，进而产生磁矩。
材料磁性的根源是：
材料内部电子的循规运动和自旋运动。
为什么自发磁化要分好多的磁畴。
互换能力图使整个晶体自发磁化至饱和，磁化方向沿着晶体易磁化方向，就使互换能和各向异性能都达到最小值。
但必定在端面处产生
磁极，形成退磁化场，增加了退磁场能，进而将损坏已形成的自发磁化，相互作用的结果使大磁畴切割为小磁畴，即减少退磁能是分畴
的基本动力。
分畴退后磁能虽减小，但增加了畴壁能，使得不能无限制分畴。
当畴壁能与退磁能之和最小时，分畴停止。
（局部的退磁
场作用下，出现三角形畴（副畴，塞漏畴），与主磁畴路闭合，减少了退磁能，但增加各向异性能、磁弹性能）
正常情况下，为什么半导体材料的电阻随着温度的升高而降低。
载流子密度
3
Eg
nipiK1T2
exp
2kT
正常情况下，为什么金属的电导率随着温度的升高而降低。
1/
2m
金属材料随温度升高，离子热振动的振幅增大，电子就愈易受到散射，可认为μ与温度成正比，则ρ也与温度成正比。
ne2
影响金属导电性的因素有哪些。
为什么金属化合物的导电性要低于单调金属，请鉴于电离势能方面的差别进行简要说明。
（1）晶体点阵畸变；
（2）杂质对理想晶体的损坏；
（3）影响了能带构造，移动费米面及电子能态密度和有效电导电子数；
（4）影响了
弹性常数。
过渡金属与贵金属两组元固溶时：
电阻异样高，原因它们的价电子能够转移到过渡金属的尚未被填满的
d-或f-壳层中，从
而使有效电导的电子数目减少。
原子键合的方式发生了变化，其中起码一部分由金属键变为共价键获离子键，使导电电子减少。
超导体为什么具有完全的抗磁性。
这是由于外磁场在试样表面感觉产生一个感觉电流，此电流由于所经路径电阻为
0，故它所产生的附加磁场总是与外磁场大小相等，方
向相反，因而使超导体内的合成磁场为零。
由于此感觉电流能将外磁场从超导体内挤出，故称抗磁感觉电流，又因其能起着障蔽磁场的
作用，又称障蔽电流。
简述本证硅的导电机理。
导电机理：
在热、光等外界条件的影响下，满带上的价电子获得足够的能量，跃过禁带跃迁至空带而成为自由电子，同时在满带中留下电子空穴，自由电子和电子空穴在外加电场的作用下定向移动形成电流。
简述硅中混杂硼的导电机理（要有示意图）
在本征半导体中，掺入
3价元素的杂质（硼，铝，镓，铟）
，就能够使晶体中空穴浓度大
大增加。
因为3
价元素的原子只有3个价电子，当它顶替晶格中的一个
4价元素原子，并与周围的4
个
硅（或锗）原子
组成4个共价键时，缺少一个价电子，
形成一个空位。
因为，3价元素形成的空位能级非
常靠近价带顶
的能量，在价电子共有化运动中，相邻的原子上的价电子就很容易来填补这个空位（较
跃迁至禁带以
上的空带容易的多），进而产生一个空穴。
所以每一个三价杂质元素的原子都能接受一个
价电子，而在价
带中产生一个空穴。
简述硅中混杂砷的导电机理（要有示意图）
本征半导体中掺入5价元素（磷，砷，锑）便可使晶体中的自由电子的浓度极大地增加。
因为
5价元素
的原子有5个价电子，当它顶替晶格中的一个
4价元素的原子时，余下了
1个价电子变
成多余的，此电
子的能级特别靠近导带底，特别容易进入导带成为自由电子，因而导带中的自由电子较
本征半导体显
著增多，导电性能大幅度提高。
简述介质损耗的几种形式及造成这几种损耗的原因。
介质损耗形式：
1）电导（或漏导）损耗
实际使用的电介质都不是理想的绝缘体，都或多或少地存在一些弱联系带电离子或空穴，在
E作用下产生漏
导电流，发热，产生损耗。
低场强下，存在离子电导（本征电导和杂质电导）
；
高场强下，电子电导。
2）极化损耗
一方面：
极化过程中离子要在
E作用下战胜热运动消耗能量，引起损耗。
另一方面：
松弛极化成立时间较长，极化跟不上外
E的变化（特别是沟通频次较高时）
，所造成的电矩往往滞后于
E，即E达最大时，
极化引起的极化电荷未达最大，当
E开始减小时，极化仍持续增至最大值后才开始减小，当
E为0时，极化尚未完全除去，当外
E反向
时，极板上遗留的部分电荷中和了电源对极板充电的部分电荷，并以热的形式散发，产生损耗。
3）电离损耗
又称游离损耗，是气体引起的，含气孔的固体电介质，外E大于气体电离所需的E时，气体发生电离吸收能量，造成损耗。
剩余极化的形成过程。
铁电畴在外电场作用下，总是要趋于与外电场方向一致，这称为电畴的
“转向”。
实际上电畴运动是通过在外电场作用下新畴的出现、发
展以及畴壁的移动来实现的，而且由于转向时引起较大内应力，所以这种转向不稳定。
当外加电场撤去后，则有小部分电畴偏离极化方
向，恢复原位，而大多半电畴则停留在新转向的极化方向上，这叫剩余极化。
铁电畴转向过程，包括在畴壁邻近的作用过程。
在外电场的推动下，电畴会随外电场方向出现转向运动。
其运动过程分为新畴成核、发展和畴壁移动来实现。
１８０°
畴：
反向电场
——（边沿，缺陷处即成核）新畴
——尖劈状的新畴向前端发展（因１８０°
畴前移速度快几个
数量级）,１８
０°
畴不产生应力（因自发极化反平行）
，一般需耗较大电场能。
９０°
对于９０°
畴的“转向”虽然也产生针状电畴，可是主假如通过９０°
畴的侧向运动来实现。
但因晶轴的长缩方向不一致，
而产生应力并引起近邻晶胞承受压力。
为什么铁电单晶剩余极化值比铁电陶瓷高。
实际的铁电体中，必定同时存在９０°
畴和１８０°
畴，并且相互影响，相互管制。
尤其多晶陶瓷中杂质，缺陷，晶粒间界，空间电荷
的存在将给电畴的转向带来电的或机械应力方面的影响，故铁电陶瓷在外电场作用下的定向移动率，往常比铁电单晶的定向率低的多
压电体产生压电效应的体制是什么
请简要画出压电效应的机理示意图。
因为机械作用（应力与应变）引起了晶体介质的极化，进而致使介质两头表面内出现符号相反的束缚电荷。
综合题
引起电介质击穿的形式及其对应物理体制。
击穿形式：
1）电击穿
是一电过程，仅有电子参与。
过程：
强电场作用下，少数能量高的
“自由电子”，沿反电场方向运动，形成电
流（漏电流），其运动过程中不断碰撞介质内的离子，并将其部分能量传达给离子。
当外电压足够高时，
“自由电子”速度超过某一临界
值，就使被撞击的离子电离出一些新电子，
即成为“次级电子”，原自由电子与次级电子又从电场中获得能量而加速，
又撞击出三级电子，
这样连锁反响，造成大量自由电子，形成
“电子潮”，使贯穿介质的电流快速增大，致使介质击穿。
2）热击穿
绝缘材料在电场作用下出现各样消耗，部分电能变换为热能，外电压足够高时，产生的热量大于散发热量，温度升高，产
生热量进一步增加，这样恶性循环，使材料不断升温，超过一定限度，介质被烧裂，熔融等，丧失绝缘能力，称介质的
“热击穿”。
3）化学击穿
长期运行在高温、潮湿、高压或腐化性气体环境中的绝缘材料，内部发生电解、腐化、氧化、复原、气孔中气体电离等
不可逆的化学过程，经一准时间，材料老化，丧失绝缘性能，致使击穿。
如氧化物复原出金属离子。
超导现象的物理体制是什么。
超导现象产生的原因是超导体中的电子在超导态时，
电子间存在着特殊的吸引力，
而不是正常态时的静电斥力。
这种吸引力使电子双双
结成电子对。
它是超导态电子与晶格点阵间相互作用产生的结果。
使动量和自旋方向相反的两个电子
el、e2结成了电子对，称为库柏
电子对
Emax
0.4
m,
hC
Egmax
请说明P209页图4.19的物理特点。
min
Emin
0.7
Egmin
、可见光中波长最短的是紫光，波长最长的是红光：
max
、所以，Eg<
1.8eV的半导体材料，是不透明的，因为所有可见光都能够通过激发价带电子向导带转移而被吸收。
、Eg=1.83.1的非金属材料，是带色透明的，因为只有部分可见光通过激发价带电子向导带转移而被材料吸收。
铁磁性物质产生铁磁性的充分条件及自发磁化的物理体制。
铁磁性产生的充分条件：
原子内部要有未填满的电子壳层（或说存在固有磁矩）
，且A具有较大的正当（或说可发生自发磁化）
前者是
指原子的本征磁矩，后者指的是要有一定的晶体点阵构造。
机理：
据键合理论，原子相互靠近形成分子时，电子云要相互重叠，电子要
相互互换位置。
对过渡族金属，原子的
3d与4s
态能量靠近，它们电子云重叠时引起了
3d、4S态电子的互换。
互换所产生的静电作用
力称为互换力，互换力的作用迫使相邻原子的自旋磁矩产生有序的排列。
因互换作用而产生的附加能量称为互换能：
金属—半导体接触时，请鉴于逸出功大小阐述接触电效应。
EC
Acos
假设金属的逸出功φM大于半导体的逸出功φS
，当形成MS结时，半导体中的电子会向金属中扩散，使金属表面带负电，半导体表面
带正电，能带发生移动，形成新的费米能而达到平衡，不在有静电子的流动，形成了接触电位差，
VMS=（φM-φS）/e.
并在接触界
面出现一个由半导体指向金属的内电场，阻拦载流子的持续扩散。
也形成了耗尽层，能带向上弯曲，在金属与半导体两侧形成势垒高度
稍有不同的肖特基势垒。
这种
MS结具有整流作用。
当φM<
φS时，电子将有金属扩散流向半导体，在半导体一侧形成聚积层，这个
是高导电区，成为反阻拦层（黑板图示）
能带向下弯曲，成为欧姆结。
往常半导体器件采用金属电极时就需要优秀的欧姆接触。
退磁的方法有哪些，同时请说明每一种方法退磁体制。
磁滞回线的起点不是饱和点，而在饱和点以下时，
H减小时，Mr和Hc减小，即磁滞回线变得短而窄，若施加的交变磁场幅值
H趋于0
时，则回线将成为趋于坐标原点的螺线，直至交变磁场的
H＝0，铁磁体将完全退磁。
此外的方法：
（1）加热法
（2）敲击法（3）反向加磁场法
PN结的发光机理是什么？
如果我们设法使一块完整的半导体一边是
N型，而另一边是P型，则在接合处形成P－N结。
未加电场时，由于电子和空穴的扩散作用，
在P－N结的交界面两侧形成空间电荷区，生产自建场，其电场方向自
N区指向P区。
引起漂移运动，当扩散运动和漂移运动达到热平
衡时，P区和N区的费米能级必定达到同一水平。
这时，在P区和N划分别出现P型简并区
和N型简并区，P区的价带顶充满了空穴，N区的导带底充满了电子。
在结区造成了能带的
弯曲。
自建场的作用，形成了接触电位差
VD叫做P－N结的势垒高度。
P区所有能级上的电子都有了附加位能，
它等于势垒高度VD乘
以电子电荷e（VDe）
当给P－N结加以正向电压V时，如图（5-27）所示，原来的自建场将被削弱，势垒降低，损坏了原来的平衡，引起多半载流子流入对
方，使得两边的少数载流子比平衡时增加了，这些增加的少数载流子称为
“非平衡载流子”。
这种现象叫做“载流子注入”。
此时结区的统
一费米能级不复存在，形成结区的两个费米能级
EF+和EF-，称为准费米能级。
它们分别描绘空穴和电子的散布。
在结区的一个很薄的
作用区，形成了双简并能带构造。
3.1eV
1.8eV
怎样控制
下列图栅压G的极性和数值，使n沟道晶体管分别处于导通或许截止的状态，请详尽说明控制的过程与原理。
在P型衬底的MOS系统中增加两个N型扩散区，分别称为源区（S表示）和漏区（D表示）。
通过控制栅压G的极性和数值，能够使MOS
晶体管分别处于导通或截止的状态：
源、漏之间的电流将受到栅压的调制，这就是MOS晶体管工作原理的基础，利用这一性质做成的
MOS集成电路是大规模集成电路中最重要的种类之一。
画出鉴于光生伏特效应设计的太阳能电池吸收光能及产生电能的示意图，并说明其运作过程。
请阐述铁电体产生自发极化的物理机理。
具有自发极化的晶体（极性）由于构造内正负电荷中心不相重合而存在固有电矩，当晶体温度变化时，发生热膨胀使晶体的自发极化的固有电矩发生改变,
PN结在正、反向电压施加作用下的导电过程（做出示意图协助解释）
（1）外加正向电压的情况（PN结正向注入）
（2）外加反向电压（PN结的反向抽取）
介质极化的五个基本形式、观点及基本特点。
1）电子式极化（电子位移极化）：
在E作用下，原子外围的电子云中心相对于原子核发生位移，
形成感觉电矩而使介质极化的现象。
形
成很快（10-14～10-16s）,是弹性可逆的，极化过程不消耗能量。
在所有电介质中都存在，
但只存在此种极化的电介质只有中性的气体、
液体和少数非极性固体。
2）离子式极化（离子位移极化）:
离子晶体中，除离子中的电子产生位移极化外，正负离子也在
E作用下发生相对位移而引起的极化。
升级会员 