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温差电材料-.ppt

上传人:孔乙己 2022/6/20 文件大小:3.08 MB

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温差电材料-.ppt

文档介绍

文档介绍:温差电材料-120917
(1)赛贝克效应
。,当两种不同的导体a,b两端相接组成一闭合线路时,若两个接头A,B处具有不同的温度,则线路中便有电流,产生电流导体则相反,其电导率的温度系数为负值。
(3)有两种载流子参加导电。一种是为大家所熟悉的电子,另一种则是带正电的载流子,称为空穴。而且同一种半导体材料,既可以形成以电子为主的导电,也可以形成以空穴为主的导电。在金属中是仅靠电子导电,而在电解质中,则靠正离子和负离子同时导电。
2. 半导体材料的类别
对半导体材料可从不同的角度进行分类例如:
根据其性能可分为高温半导体、磁性半导体、热电半导体;
根据其晶体结构可分为金刚石型、闪锌矿型、纤锌矿型、黄铜矿型半导体;
根据其结晶程度可分为晶体半导体、非晶半导体、微晶半导体,
但比较通用且覆盖面较全的则是按其化学组成的分类,依此可分为:元素半导体、化合物半导体和固溶半导体三大类,见表1。
在化合物半导体中,有机化合物半导体虽然种类不少,但至今仍处于研究探索阶段,所以本书在叙述中只限于无机化合物半导体材料,简称化合物半导体材料。
半导体材料分类及其开发情况
* 此处所列子项只举其中重要者,并未完全列出。
III-V族
II-VI族
III-VI族
I-VI族
I-III-VI族
II-IV-V族
I-VIII-VI族
3. 基本原理
前面介绍的半导体材料的特征,只是根据它的主要性质来论述的,实际上这种论述并不是十分严格的。
例如当一些半导体材料的掺杂浓度很高时,其电导率也可以高出某些金属材料。
但作为第一步,使大家对半导体材料有一个初步的概念,这种介绍是必要的。
只有认识了半导体的微观结构以及这种微观结构与物性的关系,才能从根本上了解半导体的性质与性能及其与金属、绝缘体的区别,也才能理解半导体材料应用的根据。
为此要阐述半导体的能带结构、化学键、晶体结构等。这要求具备固体物理、固体化学、量子力学等近代科学理论,这就远远地超出了本课程的范围。
导电现象
为什么半导体的导电性不如金属
所有材料的导电率(s)可用下式表达:
s = nem (3-1)
其中:
n为载流子浓度,单位为个/cm3;
e 为电子的电荷,单位为C(库仑),e对所有材料都是一样,e=×10-19C 。
m为载流子的迁移率,它是在单位电场强度下载流子的运动速度,单位为cm2/;
电导率s的单位为S/cm(S为西门子)。
我们先看看室温下半导体和金属导电的差别原因:
(3-1)式中的迁移率的差别:而半导体材料的迁移率一般都高于金属, 例如金属铜的室温电子迁移率为30 cm2/,而硅为1500(cm2/),锑化铟则为78000cm2/。
载流子浓度:金属的电导率比半导体要高出几个数量级的原因从(3-1)式看,只能是载流子浓度的差别。
在金属中,价电子全部解离参加导电,×1022/cm3,而半导体材料的载流子浓度则在106~1020/cm3范围内,与金属相差可达十几个数量级。于是,金属的电导率一般要高于半导体材料是显而易见的了。而绝缘体因其载流子浓度接近于零,所以不导电。
既然金属中的价电子全部参加导电,因此无法再增加载流子,也无法束缚住载流子,所以金属的导电率难以在大范围内进行调节,掺入杂质和升温会在一定程度上能降低迁移率,使电导率降低一些。
而半导体的载流子浓度可通过升温、掺入杂质、幅照予以大幅度地增加,使其电导率发生显著变化。
为什么金属的价电子会全部解离,半导体的价电子只局部解离,而绝缘体又不解离?这些将在能带结构等章节中加以说明。
早在1879年霍尔()就发现:将一块矩形样品在一个方向通过电流,在与电流的垂直方向加上磁场(H),那么在样品的第三个方向就可以出现电动势,称霍尔电动势,此效应称霍尔效应。
霍尔效应原理
负电荷
正电荷
+
d
H
I

x
(a)负电荷载流子
+
d
H
I

x
(b)正电荷载流子
存在两种载流子的证明
从这个电位差的正反,就可以知道载流子是带正电或负电。其原理是洛仑茨力作用的结果,也就是当电流通过磁场时,不管载流子是正还是负,只要电流方向一定,那么它的作用力的方向也就相同,这就使得载流子的分配偏在同一方向,。
负电荷
正电荷
+
d
H
I

x
(a)负电荷载流子
+
d
H
I

x
(b)正电荷载流子
显然