半导体为什么会容易受到温度影响?会产生什么样的后果?

半导体为什么会容易受到温度影响?会产生什么样的后果?,第1张

因为半导体是靠电子和空穴的移动导电。未掺杂的半导体叫本征半导体,一般说来导电性远不如掺过杂的半导体,所以一般使用的都是掺杂半导体。掺入的杂质电离出的电子和空穴增强了半导体导电性,其电离率和温度密切相关,所以温度会影响半导体材料的电阻率。对于掺杂半导体:温度很低时,本征激发忽略,主要由杂质电离提供载流子,它随温度升高而增加;散射主要由电离杂质决定,迁移率随温度升高增大,所以电阻率下降。温度继续升高,杂质全部电离,本征激发还不显著时,载流子基本不变,晶格振动是主要影响因素,迁移率随温度升高而降低,所以电阻率随温度升高而增大。温度继续升高到本征激发快速增加时,本征激发称为主要影响因素,表现出同本证半导体相同的特征。

温度变化时候,载流子数目肯定变化。少子与多子变化数目不相同。 因为少子浓度和多子浓度的乘积等于本征载流子浓度的平方。二者和不是定值,积是一个定值。

在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质,可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。制备杂质半导体时一般按百万分之一数量级的比例在本征半导体中掺杂。也叫掺杂半导体。

半导体中的杂质对电导率的影响非常大,本征半导体经过掺杂就形成杂质半导体,一般可分为N型半导体和P型半导体。

半导体中掺入微量杂质时,杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态,在禁带中产生附加的杂质能级。能提供电子载流子的杂质称为施主(Donor)杂质,相应能级称为施主能级,位于禁带上方靠近导带底附近。

例如四价元素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时,杂质原子作为晶格的一分子,其五个价电子中有四个与周围的锗(或硅)原子形成共价键,多余的一个电子被束缚于杂质原子附近,产生类氢浅能级—施主能级。

施主能级上的电子跃迁到导带所需能量比从价带激发到导带所需能量小得多,很易激发到导带成为电子载流子,因此对于掺入施主杂质的半导体,导电载流子主要是被激发到导带中的电子,属电子导电型,称为N型半导体。由于半导体中总是存在本征激发的电子空穴对,所以在n型半导体中电子是多数载流子,空穴是少数载流子。

低掺杂半导体:由于所有杂质完全电离,温度升高时多子浓度基本不变。

高掺杂半导体:杂质只有部分电离,温度升高导致未电离的杂质原子电离,多子浓度升高明显。

中等掺杂:介于二者之间。


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