Hőmérsékletfüggése rezisztencia fémek és félvezetők
Abban az esetben, az ideális kristályrács vezetési elektronok nem kerülne sor a mozgása során ellenállás nélkül, és elektromos vezetőképessége fémek lenne végtelenül nagy. Azonban a kristályrács sohasem tökéletes. Megsértése szigorú periodicitás a rács miatt a szennyeződések jelenléte vagy megüresedett, és a termikus rezgések a rács. A szórás az elektronok a szennyező atomok és ionok oszcilláló ad okot, hogy az elektromos ellenállás a fémek.
A tapasztalat azt mutatja, hogy az ellenállás fémvezetők lineárisan nő a hőmérséklet első közelítésben a törvény szerint:
R = Ro (1 + α t), vagy R = Ro α T;
Ahol t - a hőmérséklet Celsius, T - abszolút hőmérséklet, R0 (PO) - rezisztencia (ellenállás) nulla Celsius-hőmérséklet, α - hőmérsékleti együtthatója ellenállás.
A tiszta fém hőmérsékleti együtthatója ellenállás
α = 0,004 K -1. Az 1. ábra egy példakénti grafikonja az ellenállás a fémek az abszolút hőmérséklet.
Ezzel szemben a fémek, amelyben a hőmérséklet-függését a villamos vezetőképesség-meghatározást a mobilitása elektronok, miáltal az ellenállás úgy nő a hőmérséklet növekedésével, a fő szerepe van a félvezető vezetési termikus képződése a szabad elektronok és lyukak. Ezen túlmenően, az elektron koncentráció Ng és Ne azonosak lyukak saját (nettó) félvezetők és gyorsan növekszik a hőmérséklet emelkedésével (lásd Boltzmann-eloszlás.):
ahol E - bandgap, k Boltzmann állandó. Ezért, az elektromos vezetőképesség a hőmérséklet emelkedésével
Ha 1b táblázat bemutatja a függőség ln
Szennyező vezetőképesség félvezető
Ideális tartalmazó kristályok nincs szennyeződés, nagyon ritkák. Szennyeződések a félvezető kristályok növelheti az elektronok száma vagy lyukak. Azt találtuk, hogy a bevezetése antimon atom egy köbcentiméter germánium vagy szilícium megjelenését eredményezi egyetlen elektron, és egy bór-atom - a megjelenése egy lyuk.
A megjelenése az elektron, vagy lyukvezetés injektálva a tökéletes kristály különböző szennyeződések a következő. Tegyük fel, hogy egy szilícium kristály van helyettesítve az egyik atom az antimon atom. Antimon a külső elektron héj öt elektronok (V csoport a periódusos rendszer). Négy elektronok Párosított elektronikus kommunikációt a négy legközelebbi szomszédos szilíciumatomot tartalmaz. A fennmaradó ötödik elektron fog elmozdulni körüli pályára az atom antimon, egy ilyen pályán az elektron hidrogén-, de annak elektromos vonzóerő, hogy a mag csökkenti a dielektromos állandója a szilícium, ill. Ezért, hogy kiadja az ötödik elektron kell egy kis energiája mintegy 0,05 eV. Gyengén kötött elektron könnyen leszakítható az intézkedés alapján antimon atom termikus rezgések a rács alacsony hőmérsékleten. Az ilyen alacsony ionizációs energia a szennyező atom azt jelenti, hogy a hőmérséklet körülbelül -100 ° C-on, az összes szennyező atomok germánium és szilícium már ionizált, és a felszabaduló elektronok a folyamatban részt vevő vezetőképesség. Ebben az esetben, a többségi töltéshordozók elektronokat, azaz tart itt az elektronikus vezetőképesség vagy n-vezetési típusú (n - első levél negatív) .Egy, mint „felesleges”, az ötödik, az elektron eltávolítjuk, antimon-atom válik pozitív töltésű ion, amelynek négy vegyérték elektronok, mint az összes szilíciumatom, t .e. antimon-ion válik szubsztituens szilícium a kristályrácsban.
Okozó szennyeződések előfordulásának a vezetési elektronok kristályok, az úgynevezett donorok. A szilícium és a germánium elemei, az V. csoportba a periódusos rendszer - antimon, foszfor, arzén és a bizmut.
A háromértékű bóratomot szilícium rácsos adalékszer másképp viselkedik. A külső héj a bóratom csak három vegyérték elektronok. Tehát hiányzik egy elektron, hogy kitöltse a négy kovalens kötést négy legközelebbi szomszédok. A szabad kötés lehet tölteni az elektronok át valamilyen más csatlakozási, ez a kapcsolat tele van elektronok következő kommunikáció, stb Pozitív furat (töltetlen kötéssel) mozoghat a kristályt egy atom egy másik (amikor az elektron mozog az ellenkező irányba). Amikor egy elektron, hogy töltse ki a hiányzó vegyérték kötés, a szennyező bóratom válik negatív töltésű ion cseréje szilíciumatommal a kristályrácsban. Akkor a furat gyengén kapcsolódik a bóratom, és az elektrosztatikus vonzóerők fog mozogni körüli pályára úgy, hasonló a pályára az elektron hidrogénatom. ionizációs energia, azaz a szükséges energia Különítmény lyukak bór negatív ion, körülbelül egyenlő 0,05 eV. Ezért, szobahőmérsékleten, minden három vegyértékű szennyező atom ionizált, és a lyukak vesznek részt vezetőképesség. Ha van elegyített vegyértékű atom (III csoportja a periódusos rendszer) egy szilícium kristály, a vezetőképesség elsősorban ilyen lyukak nevezzük a lyuk vezetőképesség vagy p-vezetési típusú (p - első levél pozitív). Okozó szennyeződések p vezetési típusú, nevezzük akceptorok. A akceptor germánium és szilícium elemei a harmadik csoport a periódusos rendszer: gallium, a tallium, a bór, az alumínium. A vivők száma, szennyeződések eredő bevezetése minden típusú külön, attól függ, hogy a szennyezés-koncentrációja és annak ionizációs energia a félvezető. Azonban, a legtöbb a szennyeződések gyakorlatilag használható szobahőmérsékleten teljesen ionizált, ezért a hordozó koncentrációja által termelt szennyeződések ilyen körülmények között, határozza csak a szennyezés-koncentrációja, és sok esetben megegyezik a szám a szennyező be a félvezető atomokat.
Minden egyes donor szennyező atom hozzájárul egy elektront vezetőképesség, ezért a több donoratom per köbcentiméter a félvezető, annál nagyobb a koncentrációja meghaladja a koncentráció a lyukak és a vezetőképesség az elektronikus jellegű. Az ellenkezője a helyzet áll elő, amikor a bevezetését elfogadó szennyeződéseket.
A azonos koncentrációjú donor és akceptor szennyeződések a kristály vezetőképesség fognak nyújtani, mint a belső félvezető, elektronok és lyukak miatt a diszkontinuitása vegyértékkötéseket. Az ilyen félvezető nevezhető úgynevezett kompenzálni.
A villamos energia mennyisége által hordozott lyukak vagy elektronok, határozza meg nem csak a koncentráció hordozók, de a mobilitása elektronok és lyukak.
Együtt elemi félvezetők félvezető technológia széles körben használják a félvezető vegyületek vegyi kezelésével nyert fúziós vagy tiszta elemeket. Az ilyen réz-oxid, amely előállított különböző típusú félvezető egyenirányítók, cink-antimonid (SbZn), gyártásához használt félvezető thermopiles, ólom-tellurid (PbTe), amely találtak alkalmazást gyártásához fotovoltaikus eszközök és a negatív ága hőelemek és még sokan mások.
Különösen érdekesek azok a AIIIBV típusú vegyület. Nyert a szintézisük A csoportjának elemeiből III és V Mendeleev féle periódusos rendszer elemeinek. Az ilyen típusú vegyületek a legérdekesebb félvezető tulajdonságokat AIP, sajnos, AlSb, GAP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb. Számos találmány szerinti vegyületek tulajdonságait közel vannak a félvezető elemek Csoport IV szilícium és germánium. A mobilitás töltéshordozók el nem éri a magas értékek; sávú néhány ilyen vegyületek is nagy; A szennyező be őket, az elektromos vezetőképesség változás mechanizmusát; így, néhány atomok csoport II viselkednek akceptorok, és számos csoport VI atomok - donorként.