为什么半导体材料的热敏电阻具有负温度系数？

半导体热敏电阻的工作原理\x0d\x0a\x0d\x0a1半导体热敏电阻的工作原理\x0d\x0a按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。\x0d\x0a⑴正温度系数热敏电阻的工作原理\x0d\x0a此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点’一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3～440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。\x0d\x0a⑵负温度系数热敏电阻的工作原理\x0d\x0a负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60～300℃）、中温（300～600℃）、高温（>600℃）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。\x0d\x0a热敏电阻与简单的放大电路结合，就可检测千分之一度的温度变化，所以和电子仪表组成测温计，能完成高精度的温度测量。普通用途热敏电阻工作温度为-55℃～+315℃，特殊低温热敏电阻的工作温度低于-55℃，可达-273℃。\x0d\x0a2热敏电阻的型号\x0d\x0a我国产热敏电阻是按部颁标准SJ1155-82来制定型号，由四部分组成。\x0d\x0a第一部分：主称，用字母‘M’表示敏感元件。\x0d\x0a第二部分：类别，用字母‘Z’表示正温度系数热敏电阻器，或者用字母‘F’表示负温度系数热敏电阻器。\x0d\x0a第三部分：用途或特征，用一位数字（0-9）表示。一般数字‘1’表示普通用途，‘2’表示稳压用途（负温度系数热敏电阻器），‘3’表示微波测量用途（负温度系数热敏电阻器），‘4’表示旁热式（负温度系数热敏电阻器），‘5’表示测温用途，‘6’表示控温用途，‘7’表示消磁用途（正温度系数热敏电阻器），‘8’表示线性型（负温度系数热敏电阻器），‘9’表示恒温型（正温度系数热敏电阻器），‘0’表示特殊型（负温度系数热敏电阻器）\x0d\x0a第四部分：序号，也由数字表示，代表规格、性能。\x0d\x0a往往厂家出于区别本系列产品的特殊需要，在序号后加‘派生序号’，由字母、数字和‘-’号组合而成。\x0d\x0a例：MZ11\x0d\x0a序号\x0d\x0a普通用途\x0d\x0a正温度系数热敏电阻器\x0d\x0a敏感元件\x0d\x0a3热敏电阻器的主要参数\x0d\x0a各种热敏电阻器的工作条件一定要在其出厂参数允许范围之内。热敏电阻的主要参数有十余项：标称电阻值、使用环境温度（最高工作温度）、测量功率、额定功率、标称电压（最大工作电压）、工作电流、温度系数、材料常数、时间常数等。其中标称电阻值是在25℃零功率时的电阻值，实际上总有一定误差，应在±10%之内。普通热敏电阻的工作温度范围较大，可根据需要从-55℃到+315℃选择，值得注意的是，不同型号热敏电阻的最高工作温度差异很大，如MF11片状负温度系数热敏电阻器为+125℃，而MF53-1仅为+70℃，学生实验时应注意（一般不要超过50℃）。

我来回答一下，本人某电微电子科学与工程专业，有表述不当之处，望批评指正。影响半导体禁带宽度的因素主要有两种：温度与掺杂浓度。（以si、Ge、GaAs半导体为主）1、半导体禁带宽度具有负温度系数： 从原子到晶体，经过价键杂化（即：sp3杂化），一条原子能级一般对应多个能带。当温度升高时，晶体的原子间距增大，能带宽度虽然变窄，但禁带宽度却是减小的。（这里解释一下，虽然原子间距增大了，并且能带宽度变窄了，但是此时有多条能带，相对来说，禁带宽度是变小的）；2、掺杂浓度升高时，由于杂质能级的出现，可能导致禁带宽度变窄：其实这一点从本质来解释是不太好理解的，我这里举个例子，再给出我个人的一些理解，希望可以帮助你理解这一点。例：在BJT中，发射区高掺杂会导致禁带宽度变窄。我个人理解是，有了杂质能级的加入，导电性增强，就像把禁带宽度一分为二，原先的阻碍减少了一部分，相当于禁带宽度变窄了。（纯属个人理解）

1、具有负温度系数的半导体的电阻随温度升高电阻降低。2、半导体受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。空穴导电并不是实际运动，而是一种等效。电子导电时等电量的空穴会沿其反方向运动 。它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。复温度升高时，将产生更多的电子- 空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。

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