半导体在绝对零度时为什么不能导电
⑴ 半导体到底靠什么导电
“在半导体中,只有电子能导电”这句话对吗?可能大部分人都会认为这句话是错的。“导体和半导体的区别在于前者只有电子参与导电,而后者既有电子又有空穴参与导电”这句话对吗?可能大部分人都会认为这句话是对的。其依据是:在半导体中同时存在二种载流子:自由电子与空穴,半导体在外电场的作用下,一方面带负电的自由电子定向移动形成电子电流,另一方面带正电的空穴也会定向移动形成空穴电流。半导体中流过的总电流是这两个电流之和。事实果真如此吗? 先来看看什么是空穴?空穴就是半导体的共价键结构中应该有价电子而实际上没有价电子的地方。空穴一般在如下二种情况下形成:一是本征激发(由于半导体本身的温度不是绝对零度,半导体中的某些价电子能够获得足够的能量从而摆脱共价键的束缚,从共价键结构中跑出来变成自由电子,在半导体的共价键结构中便产生了一个空位,形成空穴);二是P型半导体(本征半导体中掺入三价杂质元素时,由于三价杂质元素只能提供三个电子,缺少一个电子,在半导体的共价键结构中便产生了一个空位,形成空穴)。当在半导体材料的两端外加电场时,一方面半导体内的自由电子在外电场的作用下会产生定向移动,从而形成电子电流。另一方面在外电场的作用下半导体中的价电子也会从原来的位置跑出来成为自由电子,在外电场的作用下定向移动后又进入到另外的一个空位再次成为价电子,形成了一个不是由原半导体中的自由电子所形成的一个电子电流。这个电流我们暂时称为“价电流”(价电流并非是价电子的移动形成,而是价电子成为自由电子后,定向移动一定距离后又变成价电子的过程中所形成的电流”。“价电流”实际上也是电子电流, 只不过不是我们通常认为的半导体内部已经存在的自由电子所形成的罢了。半导体中流过的总电流实际上是电子电流与“价电子”电流共同移动所形成的电流,所以我们的结论是:在半导体内部只能是电子能导电。这便是半导体内部导电的事实。那么,为何现行的电子技术书籍中都会出现空穴带正电,空穴定向移动形成空穴电流这一说法呢?实际上是从另一个角度来分析问题,把“价电子”在半导体内部的定向移动看做是空穴在向与“价电子”移动方向的反方向移动。为了便于理解,教材中一般都是把半导体中“价电子”的移动看成是空穴在移动,价电子的移动方向与空穴的移动方向相反,由于价电子是带负电的,我们就认为空穴带正电的。半导体中流过的总电流就成为了带负电的自由电子移动所形成的电子电流与带正电的空穴移动所形成的空穴电流之和,这便是教材中所描述的半导体内部导电机制。打个很形象的比喻:这就好比在戏院看戏,设戏院共有二十排座位,假设每排只有一个座位,从第二排起到第二十排都坐满了人,只有第一排无人坐,戏开演后,第二排上的观众看见第一排位置无人坐,就从第二排坐到第一排上去,第二排就出现了空位,第三排上的观众又坐到第二排去,依次类推,原来第一排是空位子,后来第二排是空位子,再后来第三排是空位子,最后的空位置出现在第二十排,空位置从第一排到了第二十排,是观众的移动造成的,位子本身并不会移动。说的再形象点,电子好比是萝卜,空穴好比是坑,我们常常说一个萝卜一个坑,萝卜可以拔走,但留下的坑确是没法动的。因次,实际上空穴本身是不会移动的,更谈不上带电。我们的结论是:“在半导体中,只有电子能导电”这句话确确实实是正确的(第二个问题也清楚了)。
⑵ 半导体的导电原理
单晶硅(纯净)在来室温下电自阻率是很大的,也就是说单位半导体的电阻很大。
但是,若按百万分之一的比例掺入少量杂质(如磷)后,其电阻率急剧下降,并且几乎降低了一百万倍。导电时,磷原子最外层有5个价电子,其中4个价电子分别与邻近4个硅原子形成共价键结构,另外一个自由电子导电,所以它是发生了化学反应,产生了共价键。
不知道对不对啊。
⑶ 金属在绝对零度时导电吗
金属在绝对零度时导电吗?金属在-268.98度下变成超导体。超导体能承受大电流。
1911年,荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯意外地发现,将汞冷却到-268.98°C时,汞的电阻突然消失;后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性,由于它的特殊导电性能,卡茂林-昂尼斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。
⑷ 金属在绝对零度时导电吗
首先,绝对零度不可能存在,因为在那个温度下所有东西都不动了,也包括电子.所以在绝对零度的时候,电子根本就被冻住了,就不可能产生电流.
另外,超导体和绝对零度是两码事儿,不能因为超导体导电就“推断”出绝对零度时的物体也导电.
⑸ 半导体能不能导电
物质按照导电能力的大小可以分为导体、半导体和绝缘体。具有良好导电能力的物质叫做导内体,导电能力很差容或不能导电的物质叫做绝缘体,导电能力介于导体和绝缘体之间的物质叫做半导体。
半导体的主要特点不仅在于其电阻率在数值上与导体和绝缘体的差别,而且在于它的导电性具有两个显著的特点:
(1)电阻率的变化受杂质含量的影响极大。例如,硅中只含有亿分之一的硼,电阻率就会下降到原来的千分之一。
(2)电阻率受外界条件(如热、光等)的影响很大。温度升高或受光照射时均可使电阻率迅速下降。一些特殊的半导体在电场或磁场的作用下,电阻率也会发生改变。
半导体材料的种类很多,按其化学成分可以分为元素半导体和化合物半导体;按其是否含有杂质,可以分为本征半导体和杂质半导体;按其导电类型,可以分为N型半导体和P型半导体。此外,还有磁性半导体、压电半导体、铁电半导体、有机半导体、玻璃半导体、气敏半导体等。
目前广泛应用的半导体材料有锗、硅、硒、砷化镓、磷化镓、锑化铟等.其中以锗、硅材料的生产技术较成熟,用的也较多。
⑹ 半导体导电的基本特性是什么
答:纯净的半导体材料在绝对零度(一273℃)时,其内部没有载流子可供导电,此时的半版导体与绝缘体非常权相似。但是,随着外加条件的改变(如环境温度、光照增强、掺杂等),半导体中就会出现载流子,从而具有一定的导电能力。其导电特性如下:
(1)热敏特性:随着环境温度的升高,半导体的电阻率下降,导电能力增强.
(2)光敏特性:有些半导体材料(硫化铜)受到光照时,电阻率明显下降,导电能力变得很强;无光照时,又变得像绝缘体一样不导电,利用这一特性可制成各种光敏器件.
(3)掺杂特性:在纯净的半导体中掺入某种合适的微量杂质元素,就能增加半导体中载流子的浓度,从而可以增强半导体的导电能力。
(4)其他敏感特性:有些半导体材料具有压敏、磁敏、湿敏、嗅敏、气敏等特性,还有些半导体材料,它们的上述某些特性还能逆转。
⑺ 为什么说本征半导体在低温时是绝缘体
本征半导体是指结构完整的纯净的半导体(譬如单晶硅)
本征半导体在一定温度下,原子最外层电子有可能脱离共价键的束缚,从而成为自由电子,留下一个原来束缚电子的地方,叫空穴,电子带负电荷,空穴带正电荷(原来电中性的原子少了一个电子,带正电荷,我们也就叫空穴带正电荷了)
脱离束缚的电子(自由电子)的移动可以导电,空穴周围的价电子(注意是价电子,不是脱离束缚的自由电子)填补空穴,又会形成空穴的移动(价电子移动,空穴向相反方向移动),所以本征半导体中自由电子和空穴都是带电荷的可移动的粒子,称为载流子(所谓载流子就是在外加电场下能做定向运动的粒子,也就是说有载流子的物质才能导电)。上述产生电子空穴对的过程叫本征激发,自由电子与空穴重新结合称为载流子的复合。当本征激发与载流子复合的速率达到动态平衡时,本征半导体内载流子浓度就固定不变。
本征激发与温度有关,温度越高,价电子获得能量越大,就越可能脱离共价键束缚,本征激发就越强,载流子浓度就越高,导电性就越好,而在低温时,本证激发弱,载流子浓度低,所以可以将本征半导体看作绝缘体。本征激发受温度影响很大,而且本征半导体本身的导电性就不强,所以实际中的半导体都不是本征半导体,而是掺杂半导体。
⑻ 为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体
因为制造半导体器件和集成电路时,最重要的是要很好地控制掺入的杂质的种类回和数量(浓度)答,只有纯净的本征半导体,才可能按设计者的需要制造出需要的器件。
本征半导体完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。实际半导体不能绝对地纯净,本征半导体一般是指导电主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。
本征半导体中,电子和空穴均能自由移动,它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流,分别称为电子导电和空穴导电。在本征半导体中,这两种载流子的浓度是相等的。随着温度的升高,其浓度基本上是按指数规律增长的。
(8)半导体在绝对零度时为什么不能导电扩展阅读:
在绝对零度温度下,半导体受到光电注入或热激发后,价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带,空带中存在电子后成为导带,价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位。
在一定温度下,电子空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡,此时本征半导体具有一定的载流子浓度,从而具有一定的电导率。加热或光照会使半导体发生热激发或光激发,从而产生更多的电子-空穴对,这时载流子浓度增加,电导率增加。
⑼ 半导体纯水为什么对硅含量有要求
1)
本征半导体是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。绝对零度时价带被价电子填满,导带是空的。
2)
随着温度的升高,本征载流子浓度迅速地增加,在本征时器件不能稳定工作。而对于掺杂半导体,室温附近载流子主要来源于杂质电离,在杂质全部电离的情况下,载流子浓度一定,器件就能稳定工作。所以,制造半导体器件一般都会用含有何当杂志的半导体材料,而且每一种半导体材料制成的器件都有一定的极限工作温度,超过这一温度后,器件就会失效。
3)
杂质在元素半导体
Si和Ge中的作用:是半导体Si\Ge的导电性能发生显著的改变。
复制别人的
呵呵
还是希望能帮助你