Температурная зависимость удельной проводимости полупроводников

Проводимость всякого проводника пропорциональна концентрации свободных носителей заряда и их проводимости. Следовательно, температурный ход проводимости полупроводника определяется температурной зависимостью концентрации и подвижности носителей.

Подвижность свободных носителей определяется рассеянием электронных волн на неоднородностях кристаллической решетки. К ним относятся дефекты и флуктуации, возникающие при тепловых колебаниях. Одни и те же неоднородности по-разному сказываются на рассеянии носителей зарядов в металлах и полупроводниках. В чистых полупроводниковых кристаллах преобладает тепловое рассеяние при высоких температурах. При низких температурах преобладает рассеяние на примесях.

Результирующая подвижность при наличии обоих механизмов равна

,

где - подвижность носителей при рассеянии только на примесях;

- подвижность носителей при рассеянии только на тепловых колебаниях.

С увеличением концентрации дефектов максимум кривой смещается в сторону более высоких температур.

З ная температурную зависимость концентрации свободных носителей заряда можно рассчитать удельную проводимость полупроводника

,

где - удельная проводимость, обусловленная собственными носителями заряда;

- удельная проводимость, обусловленная примесными носителями заряда.

; ,

где -ширина запрещенной зоны полупроводника;

- энергия, необходимая для создания примеси (энергия активации);

С и С` - коэффициенты, зависящие от природы полупроводника.

При низких температурах , при высоких .

Зависимость удельного электрического сопротивления полупроводника от температуры используется при создании термочувствительных сопротивлений или термосопротивлений

.

Электрическое сопротивление . (1)

Обозначим , а , тогда .

Для характеристики температурной зависимости сопротивления вводится понятие температурного коэффициента . (2)

Для металлов слабо зависит от температуры. Для полупроводников изменяется с температурой значительно.

Подставив в (2) значения R из (1) и , получим (знак «-» показывает, что при увеличении температуры сопротивление падает).

П олупроводниковые термосопротивления являются нелинейными сопротивлениями, т.е. зависимость между U и I не является пропорциональной. До I` мощность рассеивания на термосопротивлении недостаточна чтобы повысить температуру и уменьшить сопротивление.

При I > I` рассеиваемая мощность становится значительной. Термосопротивление нагревается до Т > T_{окр.среды} и R уменьшается.

Ф орма такой вольт-амперной характеристики зависит от соотношения величин А и В в формуле (1).

На вид этой характеристики влияет и температура окружающей среды: чем она ниже, тем больше перепад температур между термосопротивлением и окружающей средой, и тем интенсивнее теплообмен между ними.

Термосопротивления нашли широкое применение в технике для дистанционного измерения и регулирования температуры. С их помощью можно осуществить компенсацию температурного изменения R отдельных участков электрических цепей, измерение скорости потока жидкостей и газов, измерение Р при высоких разрежениях газов.

Применяются они и в качестве автоматических пусковых реостатов для электродвигателей, в качестве бесконтактных переменных сопротивлений, предохранителей от перенапряжения в электрических сетях и ряде других случаев.