为什么半导体的导电不如导体?
2018-02-13 02:26:30薇***
为什么半导体的导电不如导体?为什么半导体的导电不如导体?:电流是单位时间流过的电量。在一定的电压下,单位时间流过的电荷与导线内的载流子数目成正比,与载流子在其中定向运动的速度成正比。假设有?
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要知道,在相同的电压条件下,半导体中的载流子运动速度要比在金属中的快。所以影响半导体导电的不是载流子运动速度的问题。所以只剩下载流子数目的差别了。假设金属是铜, 它有2个价电子,那么在导线中就有2个电子。假设半导体为高纯度锗,它大概有109U 的十亿分之一)个载流子,由此看来,半导体的导电要比金属差得多。
如果在锗内掺进大量的杂质,最多只有约1000个载流子参加导电。这可以打个比喻,假设甲、乙两方比赛搬运沙袋,沙袋的重量完全相等,搬运的距离也完全相等,甲方搬运的速度是乙方的2倍,但甲方只有1人搬运,而乙方有1万人搬运。那么搬运的结果,肯定乙方比甲方快5000倍。
金属为什么有那么多载流子,这个问题可从能带结构来看,因为金属的导带是与价带连接在一起的,所以价电子很容易由价带进到导带中去参加导电。从化学键看,金属的化学键为金属键,而金属键的特征是所有的价电子都构成电子云,而电子云在电场作用下,可沿电场的方向流动。
但是对半导体却截然不同,它的能带结构是有禁带存在于导带与价带之间。价带的电子要想进人导带,一个是靠电子能量的涨落。能量涨落的物理含义是:在一个温度下,有一部分电子会超过其能级的能量,温度越高这个比例越大。在同样温度下,所需增加的能量越大,这种电子的比例越小。
所以刚才引用的锗的载流子数目就是这样算出来的。从化学键的角度看,也是一样,共价键是一对一对的价电子形成的化学键。只有单个电子具有较高能量时,才能挣脱一个键,而不能使所有的键都破坏而去参加导电。如果温度升高,对金属而言,它的价电子全部参加导电,而内层电子不会因温度升高而到导带上来,所以它的载流子数目不因温度升高而增加。
而温度升高,由于晶格振动能量增大,对载流子的运动的阻力增大,因此金属的电导率随温度上升而下降。半导体材料的情况则完全晕另一个样子。温度升高,增加了价电子的能量。使越过禁带到达导带的电子数目大幅度增加,虽然也有晶格振动增加阻力的问题,因为前者能够作为载流子的电子数量增加很多,所以半导体的电导率随温度升高却明显地增大。
如果用光照射到半导体上也可能会提高它的电导率。按照量子力学的原理,光是由光量子组成的,光量子的能量取决于它的波长,如果光量子的能量大于半导体的禁带宽度,它也可以把它的能量给价带的电子,使价电子越过禁带,成为载流子。这对金属而言却不起作用,因为价电子不用增加能量,就已全部成为载流子。
2018-02-13 11:26:30
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