半导体和金属的电阻率与温度关系有何差别
生活随笔
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半导体和金属的电阻率与温度关系有何差别
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半導體( semiconductor),指常溫下導電性能介于導體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料。半導體在收音機、電視機以及測溫上有著廣泛的應用。如二極管就是采用半導體制作的器件。半導體是指一種導電性可受控制,范圍可從絕緣體至導體之間的材料。無論從科技或是經(jīng)濟發(fā)展的角度來看,半導體的重要性都是非常巨大的。今日大部分的電子產(chǎn)品,如計算機、移動電話或是數(shù)字錄音機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關(guān)連。常見的半導體材料有硅、鍺、砷化鎵等,而硅更是各種半導體材料中,在商業(yè)應用上最具有影響力的一種。
主要區(qū)別是金屬的電阻率隨溫度升高而增大。而半導體的電阻率在低溫、室溫和高溫情況下,變化情況各不相同。一、金屬電阻率與溫度的關(guān)系:金屬材料在溫度不高,溫度變化不大的范圍內(nèi):幾乎所有金屬的電阻率隨溫度作線性變化,即ρ與溫度t(℃)的關(guān)系是ρt=ρ0(1+at),式中ρ1與ρ0分別是t℃和0℃時的電阻率;α是電阻率的溫度系數(shù),與材料有關(guān)。錳銅的α約為1×10-1/℃(其數(shù)值極小),用其制成的電阻器的電阻值在常溫范圍下隨溫度變化極小,適合于作標準電阻。已知材料的ρ值隨溫度而變化的規(guī)律后,可制成電阻式溫度計來測量溫度。二、半導體電阻率與溫度的關(guān)系:決定電阻率溫度關(guān)系的主要因素是載流子濃度和遷移率隨溫度的變化關(guān)系。在低溫下:由于載流子濃度指數(shù)式增大(施主或受主雜質(zhì)不斷電離),而遷移率也是增大的(電離雜質(zhì)散射作用減弱之故),所以這時電阻率隨著溫度的升高而下降。在室溫下:由于施主或受主雜質(zhì)已經(jīng)完全電離,則載流子濃度不變,但遷移率將隨著溫度的升高而降低(晶格振動加劇,導致聲子散射增強所致),所以電阻率將隨著溫度的升高而增大。在高溫下:這時本征激發(fā)開始起作用,載流子濃度將指數(shù)式地很快增大,雖然這時遷移率仍然隨著溫度的升高而降低(晶格振動散射散射越來越強),但是這種遷移率降低的作用不如載流子濃度增大的強,所以總的效果是電阻率隨著溫度的升高而下降。
主要區(qū)別是金屬的電阻率隨溫度升高而增大。而半導體的電阻率在低溫、室溫和高溫情況下,變化情況各不相同。一、金屬電阻率與溫度的關(guān)系:金屬材料在溫度不高,溫度變化不大的范圍內(nèi):幾乎所有金屬的電阻率隨溫度作線性變化,即ρ與溫度t(℃)的關(guān)系是ρt=ρ0(1+at),式中ρ1與ρ0分別是t℃和0℃時的電阻率;α是電阻率的溫度系數(shù),與材料有關(guān)。錳銅的α約為1×10-1/℃(其數(shù)值極小),用其制成的電阻器的電阻值在常溫范圍下隨溫度變化極小,適合于作標準電阻。已知材料的ρ值隨溫度而變化的規(guī)律后,可制成電阻式溫度計來測量溫度。二、半導體電阻率與溫度的關(guān)系:決定電阻率溫度關(guān)系的主要因素是載流子濃度和遷移率隨溫度的變化關(guān)系。在低溫下:由于載流子濃度指數(shù)式增大(施主或受主雜質(zhì)不斷電離),而遷移率也是增大的(電離雜質(zhì)散射作用減弱之故),所以這時電阻率隨著溫度的升高而下降。在室溫下:由于施主或受主雜質(zhì)已經(jīng)完全電離,則載流子濃度不變,但遷移率將隨著溫度的升高而降低(晶格振動加劇,導致聲子散射增強所致),所以電阻率將隨著溫度的升高而增大。在高溫下:這時本征激發(fā)開始起作用,載流子濃度將指數(shù)式地很快增大,雖然這時遷移率仍然隨著溫度的升高而降低(晶格振動散射散射越來越強),但是這種遷移率降低的作用不如載流子濃度增大的強,所以總的效果是電阻率隨著溫度的升高而下降。
總結(jié)
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