Γιατί η αγωγιμότητα ημι -αγωγού αυξάνεται καθώς η αύξηση της θερμοκρασίας;
1. Αυξημένη συγκέντρωση φορέα:
* Εγγενείς ημιαγωγοί: Σε εγγενείς ημιαγωγούς, ο αριθμός των μεταφορέων ελεύθερης χρέωσης (ηλεκτρόνια και οπές) είναι σχετικά χαμηλός σε χαμηλές θερμοκρασίες. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, περισσότερα ηλεκτρόνια σθένους κερδίζουν αρκετή ενέργεια για να απαλλαγούν από τους δεσμούς τους και να γίνουν ηλεκτρόνια αγωγιμότητας, αφήνοντας πίσω τους τρύπες στη ζώνη σθένους. Αυτή η αύξηση τόσο στα ηλεκτρόνια όσο και στις οπές συμβάλλει άμεσα στην αυξημένη αγωγιμότητα.
* Εξωτερικοί ημιαγωγοί: Σε εξωγενούς ημιαγωγούς (με προσκόλληση με ακαθαρσίες), η εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία η αύξηση της συγκέντρωσης του φορέα είναι ακόμη πιο σημαντική. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, περισσότερα άτομα ακαθαρσιών δίνουν ή αποδέχονται ηλεκτρόνια, οδηγώντας σε σημαντική αύξηση του αριθμού των ελεύθερων φορέων.
2. Αυξημένη κινητικότητα φορέα:
* Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, τα άτομα στο πλέγμα ημιαγωγών δονείται πιο έντονα. Αυτή η δόνηση καθιστά πιο δύσκολο για τους μεταφορείς φορτίου να κινούνται ελεύθερα, οδηγώντας σε μείωση της κινητικότητας των φορέων. Ωστόσο, η αύξηση της συγκέντρωσης του φορέα λόγω θερμικής διέγερσης υπερβαίνει τη μείωση της κινητικότητας, με αποτέλεσμα την καθαρή αύξηση της αγωγιμότητας.
3. Μείωση του χάσματος ζώνης:
* Το χάσμα ενέργειας μεταξύ της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας μειώνεται ελαφρώς με την αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτή η μείωση του χάσματος ζώνης διευκολύνει τα ηλεκτρόνια να μεταβούν από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας, αυξάνοντας περαιτέρω τον αριθμό των ελεύθερων φορέων και της αγωγιμότητας.
Συνολικά:
Η αύξηση της συγκέντρωσης του φορέα είναι ο κυρίαρχος παράγοντας που συμβάλλει στην αύξηση της αγωγιμότητας με τη θερμοκρασία σε ημιαγωγούς. Αν και η κινητικότητα του φορέα μειώνεται με τη θερμοκρασία, η αύξηση της συγκέντρωσης του φορέα είναι πολύ μεγαλύτερη, με αποτέλεσμα την καθαρή αύξηση της αγωγιμότητας.
Σημαντική σημείωση:
* Η αγωγιμότητα ενός ημιαγωγού δεν αυξάνεται επ 'αόριστον με θερμοκρασία. Σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, ο ημιαγωγός μπορεί να φτάσει σε ένα σημείο όπου η αγωγιμότητά του μειώνεται. Αυτό συμβαίνει επειδή η αύξηση των κραδασμών πλέγματος και των επιδράσεων σκέδασης συντρίβουν την αύξηση της συγκέντρωσης του φορέα.
* Διαφορετικοί τύποι ημιαγωγών (ενδογενής έναντι εξωγενής) παρουσιάζουν διαφορετικές εξαρτήσεις θερμοκρασίας στην αγωγιμότητά τους.
Αυτή η εξήγηση παρέχει μια βασική κατανόηση του γιατί η αγωγιμότητα ημιαγωγών αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Για μια πιο εμπεριστατωμένη ανάλυση, εξετάστε την έρευνα των ειδικών ιδιοτήτων διαφόρων τύπων ημιαγωγών και τη συμπεριφορά τους σε διάφορες θερμοκρασίες.
