如何计算半导体的电阻?

如何计算半导体的电阻?,第1张

利用欧姆定律计算:R=U/I (定义式)利用电阻定律计算:R=ρL/S (决定式)利用焦耳定律和欧姆定律的代换公式计算:R=U^2/P,,R=P/I^2如果不是纯电阻电路,,要利用闭合电路欧姆定律计算这是高中内容

半导体的电阻率介于金属和绝缘体之间:室温时约在1mΩ·cm~1GΩ·cm之间(上限按谢嘉奎《电子线路》取值,还有取其1/10或10倍的)。

基本信息

晶向

电阻率与晶向有关。

对于各向异性的晶体,电导率是一个二阶张量,共有27个分量。

特别的,对于Si之类的具有立方对称性的晶体,电导率可以简化为一个标量的常数(其他二阶张量的物理量都是如此)。

载流子

电阻率的大小决定于半导体载流子浓度n和载流子迁移率μ:ρ=1/ nqμ。

对于掺杂浓度不均匀的扩散区的情况,往往采用平均电导率的概念在不同的扩散浓度分布(例如高斯分布或余误差分布等)情况下,已经作出了平均电导率与扩散杂质表面浓度之间的关系曲线,可供查用。

温度

决定电阻率温度关系的主要因素是载流子浓度和迁移率随温度的变化关系。

在低温下

由于载流子浓度指数式增大(施主或受主杂质不断电离),而迁移率也是增大的(电离杂质散射作用减弱之故),所以这时电阻率随着温度的升高而下降。

在室温下

由于施主或受主杂质已经完全电离,则载流子浓度不变,但迁移率将随着温度的升高而降低(晶格振动加剧,导致声子散射增强所致),所以电阻率将随着温度的升高而增大。

在高温下

这时本征激发开始起作用,载流子浓度将指数式地很快增大,虽然这时迁移率仍然随着温度的升高而降低(晶格振动散射散射越来越强),但是这种迁移率降低的作用不如载流子浓度增大的强,所以总的效果是电阻率随着温度的升高而下降。

本征激发温度

半导体开始本征激发起重要作用的温度,也就是电阻率很快降低的温度,该温度往往就是所有以pn结作为工作基础的半导体器件的最高工作温度(因为在该温度下,pn结即不再存在)该温度的高低与半导体的掺杂浓度有关,掺杂浓度越高,因为多数载流子浓度越大,则本征激发起重要作用的温度——半导体器件的最高工作温度也就越高。所以,若要求半导体器件的温度稳定性越高,其掺杂浓度就应该越大

半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质.它的重要特性表现在以下几个方面:

(1)热敏性

半导体材料的电阻率与温度有密切的关系.温度升高,半导体的电阻率会明显变小.例如纯锗(Ge),温度每升高10度,其电阻率就会减少到原来的一半.

(2)光电特性

很多半导体材料对光十分敏感,无光照时,不易导电;受到光照时,就变的容易导电了.例如,常用的硫化镉半导体光敏电阻,在无光照时电阻高达几十兆欧,受到光照时电阻会减小到几十千欧.半导体受光照后电阻明显变小的现象称为“光导电”.利用光导电特性制作的光电器件还有光电二极管和光电三极管等.

近年来广泛使用着一种半导体发光器件--发光二极管,它通过电流时能够发光,把电能直接转成光能.目前已制作出发黄,绿,红,蓝几色的发光二极管,以及发出不可见光红外线的发光二极管.

另一种常见的光电转换器件是硅光电池,它可以把光能直接转换成电能,是一种方便的而清洁的能源.

(3)搀杂特性

纯净的半导体材料电阻率很高,但掺入极微量的“杂质”元素后,其导电能力会发生极为显著的变化.例如,纯硅的电阻率为214×1000欧姆/厘米,若掺入百万分之一的硼元素,电阻率就会减小到0.4欧姆/厘米.因此,人们可以给半导体掺入微量的某种特定的杂质元素,精确控制它的导电能力,用以制作各种各样的半导体器件.


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