激活能

晶体原子离开平衡位置迁移到另一个新的平衡或非平衡位置所需要的能量

激活能就是使晶体原子离开平衡位置迁移到另一个新的平衡或非平衡位置所需要的能量。

定义

激活能是晶体中晶格点阵上的原子运动到另一点阵或间隙位置时所需的能量，是反映温度应力对产品寿命影响的一种指标。对物质而言，它从正常的未失效状态向失效状态转换的过程中存在着势垒。这就是激活能。激活能越小，失效的物理过程越容易进行。激活能越大，加速系数越大，越容易被加速而失效。

通常情况下，激活能是不随温度变化的常数。也就是说，对应于某失效机理，激活能是不随温度变化的常数。这就保证了加速寿命试验的可行性。但是事实上，当温度大于500K时，激活能不再为常数。

扩散激活能

扩散激活能用Q来表示，对于间隙扩散，Q表示每mol间隙原子跳跃时需越过的势垒，对空位扩散，Q表示阿伏伽德罗常数个空位形成能加上每mol原子向空位跳跃时需越过的势垒。

对激活扩散能的解释

1、就本征电导而言，激活能△E。相当于能带隙的宽度是显然的。而对于非本征电导,则有两种情况:a.对n型非本征电导,△E。等于施主能级和导带边之间的距离;b.对p型非本征电导,△E。则等于受主能级和价带边之间的距离。不过，已有许多实验事实表明大量的非本征半导体材料的激活能随温度的改变而不同。在低温下，对应于非本征电导的激活能；而在高温下，却相应于本征电导的激活能。

2、因为任何晶体(不论是无机的还是有机的)都存在缺陷,因此,由各种缺陷所产生的陷阱始终存在于晶体中，这些缺陷将和从欧姆接触注入的载流子产生相互作用，从而控制了载流子的流动并确定了晶体的电流一电压特性。由于陷阱的存在,△E。就相应于陷阱深度。若设E为俘获能级，则对于电子陷阱△E。=Ec一E:(5)对于空穴陷阱△E,一E:一Ev(6)这意味着支配电导过程的是俘获载流子的热释放。

3、由于有机固体材料的费密能级E;上没有电子,只有处于其内部导带、价带或者杂质能级内的电子可供发射。而且,在半导体或绝缘体中,只有导带中的很少一部分电子发射到真空能级(电子在真空中的最低能级)中去需要较少的能量,而价带和杂质能级中的电子都需要较高的能量才能发射到真空能级中去。当一个电子离子半导体或绝缘体后，剩余的电子就会恢复它们的统计分布。如果导带中有一个电子离开了,它的位置马上就会被来自杂质能级或者价带的电子所占据。因为电子发射前后其内部的电子分布决定于这些电子相对费密能级Ef的能级,因此一个电子从有机固体材料发射到真空能级所需要的自由能就相当于激活能△E，它包括两部分能量:a.Ec一Ef；b.使一个电子从其表面上导带的底边移至刚好在半导体或绝缘体外部的真空中的一点所需要的能量—电子亲合势X。

4、对于各种类型的电接触，如金属一电解质、电解质一绝缘体、MIS(金属一绝缘体一半导体)体系、等等。两个表面之间并不能完全接触,即使对于实际接触的部分，在表面之间也会存在力学作用和反应。此外，不同材料的接触表面作为一种不连续性,电子分布相对于离子实可能是非对称的，它类似于由净电荷流动的方式而导致偶电层的形成。它们都会使电极与固体样品之间存在一势垒，此势垒的作用是阻止载流子的注入。从电极注入的载流子必须克服电极与固体样品之间的这一势垒而参与电导过程，所以激活能△E。相应于此势垒高度。

5、在外加电场的作用下，固体样品中的电子从基态跃迁至激发态以致它们能够贯穿势垒，从而有效地对电导作出主要贡献。因此，激活能△E。相应于外电场所提供的电子实现贯穿所需的能量。早在1955年,Eley和尸afrztt就提出这种势垒通常是分子间相互作用而形成的一种势垒。

6、如果固体样品受到压力作用，通常都会影响电导，使得△Eσ发生变化。就有机半导体而言,特别是高分子有机半导体材料,压力增大将使邻近分子的波函数叠加增强,因而使载流子的迁移率增加,Baltey和LyonS曾在1966年提出这将使得极化能增加。Gutmann和LyonS建立了如下关系：

△Eσ=I-X-△P (9)

式中l为电离能，△P为极化能，(9)式指出激活能与极化能之间的关系。

根据以上分析讨论,激活能△E。可借六种不同的过程之一来解释,它与固体样品的结构是有关的。但若仅仅根据△Eσ的数值去区别电导过程将是极为困难的。

蠕变激活能

蠕变激活能是实现蠕变元过程所需的能量，它的数值大小反映元过程的难易程度。

同一种材料在不同的温度和应力范围内，蠕变的机制不同，因而蠕变激活能也就不同。例如，纯铝在较低温度下，蠕变激活能随温度而增高; ；但在0.5Tm(Tm是熔点绝对温度)以上，蠕变激活能保持恒定，并等于自扩散激活能。

对蠕变激活能的研究，不仅有学术意义，而且有实际意义.它一方面可以揭示蠕变过程的物理本质，另一方面又可以为发展抗蠕变材料和缩短蠕变试验时间的方法奠定理论基础.我国科学工作者孔庆平等通过对蠕变激活能的一系列研究，从实验上和理论上肯定了一种提高温度、缩短蠕变试验时间的方法.这种外推方法已为我国高温材料研制和工业部门广泛采用。

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