Полупроводники и металлы

Есть общепринятый факт о том, что при увеличении температуры, уменьшается электропроводность металла, в то время как при увеличении температуры, электропроводность полупроводника увеличивается.
В случае металла понятно, что при больших температурах, ядро металла как бы усиливает электрическое сопротивление, что и уменьшает электропроводность металла при увеличении температуры.
Я понимаю, что в полупроводнике, между т.н. зонами существует маленькое различие в энергии, что вроде бы объясняет то, почему электропроводность полупроводника увеличивается наряду с температурой. Но ведь растет и эл.сопротивление, которое должно наоборот, уменьшать электропроводность. Где я ошибся в рассуждениях ? Если и не ошибся, то можете объяснить причину такого явления, в случае полупроводников ?

Мне кажется, что ты не ошибся. Наверное, с ростом температуры растет и кол-во электронов ( собственно и проводимость), и эл. сопротивление, но вклад первого значительнее, чем второго. В итоге, общее изменение в пользу повышения проводимости.

Если это так, то мне бы хотелось узнать причину того, почему у полупроводников вклад первого значительнее второго, а у металлов наоборот

Excusez moi

F_{кул}=\frac{1}{4\pi \epsilon_o} \cdot \frac{q_1q_2}{r^2}

Где в этом уравнении фактор температуры? :slight_smile:

Во-первых, почему в полупроводниках повышается проводимость с повышением температуры? В полупроводниках есть небольшая разница по энергии между Valence Band и Conduction Band (глава 17.1 Elements of Physical Chemistry, Atkins). Чем выше температура, тем выше терминальная энергия электронов, а значит больше электронов могут совершить переход VB \rightarrow CB, тем самым увеличивая проводимость.

Что же происходит в металлах? в металлах VB и CB соприкасаются, т.е. никаких переходов совершать не нужно. Однако, с повышением температуры повышается интенсивность/частота вибраций атомов, находящихся в узлах кристаллической решетки. Иными словами, если раньше электроны должны были пролетать мимо статичной “сетки” ядер металлов, то сейчас эти металлы двигаются туда-сюда и то и норовят помешать свободному движению электронов. Поэтому проводимость с ростом T понижается.

Однако, можно вопросить – не будет ли такого же эффекта в полупроводниках? Будет! И как тогда описать зависимость проводимости от температуры?

Будет несколько этапов:

  1. Пока кол-во электронов в CB достаточно мало, каждое повышение температуры будет значительно увеличивать кол-во частиц переносчиков электричества и поэтому проводимость будет расти
  2. В определенный момент, когда значительное кол-во электронов было возбуждено, каждый новый электрон не будет делать большой погоды (грубо говоря +1 электрон, когда изначально было 0 это +100%, а +1 электрон, когда изначально было 1000 это +0.1%), проводимость будет уменьшаться за счет увеличения частоты вибраций ядер
  3. При очень больших T, кол-во новых электронов на CB будет увеличиваться значительно быстрее и проводимость снова будет увеличиваться

P.S. Углубленное чтиво по теме

5 симпатий
© 2021 Общественный Фонд «Beyond Curriculum» (CC BY-NC-SA 4.0 International)