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  • 1 # 老船舶老飛機研究所

    這個問題怎麼說呢,不止是矽,其實所有的物體的電導率都是和溫度有一定關係的。而矽作為半導體材料中的重要一環,被各國科研人員廣泛研究,所有才會變得具有代表性吧。

    可能有人已經猜到我要講的東西了,那就是特魯德模型理論(更多的適用於金屬)。至於和矽有關的半導體的話在下文會詳細解釋。大家如果覺得難懂可以直接下拉看加粗字型的結論。

    首先根據歐姆定律,流經金屬導體的電流密度 j 和施加在導體上的電場強度 E 成正比。

    故得出公式:

    在外場作用下,設兩次碰撞之間的時間間隔為t,則電子獲得的附加速度為

    透過實驗測得電阻率, 可得平均自由時間:

    而平均自由時間,就是自由電子兩次碰撞之間的時間。

    大家都知道分子的碰撞激烈程度會隨溫度而改變。因此,自由電子兩次碰撞的時間也會隨溫度而改變。結果顯而易見,電導率是隨溫度變化而變化的。

    但是矽不是金屬,它介於金屬和絕緣體之間,是半導體。它如果要科學的解釋的話是不能依靠金屬導電理論的。它們之間的差別可以用下圖來解釋:

    而半導體的導電原理,就是價帶上出現空穴,導帶上出現電子。這些載流子是導電的原因,和金屬的自由電子模型是不同的。而隨溫度的關係,可以透過能帶理論等來解釋。簡單來說,溫度升高,電子由滿價帶躍遷到空導帶,載流子濃度升高,從而導電。電子的躍遷能力和溫度有關,所以影響電導率。

    下面就是有關本徵半導體電導率和溫度關係計算公式的推導(其它P摻雜N摻雜也可以計算,大家有興趣的話自己搜尋)

    本徵載流子濃度隨溫度升高而迅速增大,但是到了高溫(1600℃),完全激發,會出現下降的趨勢,這時候和金屬有點類似。

    總結一下,矽的電導率離不開載流子。溫度升高載流子濃度增大,但是到達極限後(完全激發)會降低。這個就是矽的電導率隨溫度變化的原因。

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