半导体热导率为什么会随着掺杂浓度的增加而上升

半导体掺杂后其电阻率大大下降,同时电导率上升。通常掺杂浓度越高，半导体的导电性就会变得越好，原因是能进入传导带的电子数量会随着掺杂浓度提高而增加。电导率的影响因素：（1）温度：电导率与温度具有很大相关性。金属的电导率随着温度的增高而降低。半导体的电导率随着温度的增高而增高。在一段温度值域内,电导率可以被近似为与温度成正比。为了要比较物质在不同温度状况的电导率,必须设定一个共同的参考温度。电导率与温度的相关性,时常可以表达为,电导率对上温度线图的斜率。（2）掺杂程度：固态半导体的掺杂程度会造成电导率很大的变化。增加掺杂程度会造成高电导率.水溶液的电导率高低相依于其内含溶质盐的浓度,或其它会分解为电解质的化学杂质。水样本的电导率是测量水的含盐成分、含离子成分、含杂质成分等等的重要指标。水越纯净,电导率越低（电阻率越高）。水的电导率时常以电导系数来纪录；电导系数是水在 25°C 温度的电导率。（3）各向异性：有些物质会有异向性 (anisotropic) 的电导率,必需用 3 X 3 矩阵来表达（使用数学术语,第二阶张量,通常是对称的）。

铜钼在半导体中有可调的热膨胀系数，高导热率及其高强度的作用。钼熔点、沸点高，高温强度好，抗摩耐腐蚀，热传导率大，热膨胀系数小，淬透性好等优点，使它在宇航、兵器、电子、化工等领域广泛应用。钼的密度基本上接近于理论密度，因此其具有高强度，内部安排均匀和优秀的抗高温蠕变功能，被广泛使用于生产蓝宝石晶体生长炉内的反射屏。

东京大学的研究小组1日发表消息称，在氮化硅薄膜上观测到了热传导率越高的现象。其特征在于，使用了将负责热传导的晶格振动(声子)与光联系起来的“表面声子波里顿”。氮化硅被用于半导体元件的绝缘膜和保护膜，此次的成果在集成化和精细化中有助于促进容易发热的元件的散热。

表面声子波拉里顿散热的概念图(东京大学提供)

以往，已知在薄膜的表面上声子以高频率散射，热传导率大幅度变小。东京大学生产技术研究所特聘研究员和野村政宏教授等研究团队制作了与速度比声子快10万倍的光相结合的表面声子波里顿，调查了厚度不同的4种薄膜的热传导率。“-”

在厚度为200纳米的薄膜中，热导率随着温度的升高而降低。在100纳米的薄膜中，减少的趋势减缓了。研究表明，在50纳米和30纳米的薄膜中，随着温度的提高，热传导率变大，在塞氏约500度的高温下，大约是常温的两倍。

氮化硅薄膜的导热率。在厚度为100纳米和200纳米的薄膜(绿色和蓝色的点)中，导热率逐渐降低，而在30纳米和50纳米的薄膜(黑色和红色的点)中，导热率反而增加(东京大学提供)

此外，理论计算表明，表面声子波里顿薄膜越薄，又温度越高，则越大。据了解，表面声子波拉里顿在不散射的情况下推进的平均距离比单独声子要长得多。

这是首次在产业应用的氮化硅薄膜中定量地确定了热传导率的增加。野村副教授说：“我们得到了确凿的证据，表面声子波拉里顿已经在薄膜上成为重要的热传导载体。”？

从物质表面散热传导、辐射、对流这三种机制早已为人所知。如果表面声子波拉里顿产生的散热确立为第四种散热机制，将为进一步开发高集成元件铺平道路。研究成果于9月30日(美国东部时间)刊登在科学杂志“科学高级”上。

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