[物理]
當溫度升高,為什麼半導體的電阻會下降﹖
半導體是指常溫(註一)下其導電性介於導體和絕緣體之間的材料。主要的半導體材料有矽、鍺、砷化鎵、
矽鍺複合材料等。
導電性
材料的導電性是由「導電帶」中含有的電子數量決定。當電子從「價電帶」獲得能量而跳躍至「導電帶」時,電子就可以在
帶間任意移動而導電。一般常見的金屬材料其導電帶與價電帶之間的「能隙」非常小,在室溫下電子很容易獲得能量而跳躍
至導電帶而導電,而絕緣材料則因為能隙很大(通常大於9電子伏特),電子很難跳躍至導電帶,所以無法導電。
一般半導體材料的能隙約為1至3電子伏特,介於導體和絕緣體之間。因此只要給予適當條件的能量激發,或是改變其能隙之間
距,此材料就能導電。
導電方式
半導體通過電子傳導或電洞(電洞)傳導的方式傳輸電流。電子傳導的方式與銅線中電流的流動類似,即在電場作用下高度離子
化的原子將多餘的電子向著負離子化程度比較低的方向傳遞。電洞導電則是指在正離子化的材料中,原子核外由於電
子缺失形成的「電洞」,在電場作用下,電洞被少數的電子補入而造成電洞移動所形成的電流(一般稱為正電流)。
類型
材料中載流子的數量對半導體的導電特性極為重要。這可以通過在半導體中有選擇的加入其他「雜質」(三、五族元素)來
控制。如果我們在純矽中摻入(doping)少許的砷或磷(最外層有五個電子),就會多出一個自由電子,這樣就形成
N型半導體;如果我們在純矽中摻入少許的硼(最外層有三個電子),就反而少了一個電子,而形成一個電洞(電洞)
這樣就形成P型半導體(少了一個帶負電荷的電子,可視為多了一個正電荷)。
應用
半導體器件可以通過結構和材料上的設計達到控制電流傳輸的目的,並以此為基礎構建各種處理不同信號的電路。
這是半導體在當前電子技術中廣泛應用的原因。
導體
能夠讓電流通過的材料,導體依其導電性還能夠細分為超導體、導體、半導體、及絕緣體。在科學及工程上常用利用
歐姆來定義某一材料的導電程度。
當電流在導體內流過時,事實上是因為導體內的自由電荷(在金屬中的自由電荷是電子,而在溶液中的自由電荷則為陰、
陽離子)產生漂移而造成的,根據材料的不同,自由電荷的漂移方式也不相同:在超導體中,電子幾乎不受原子核的干
擾而能夠快速移動;而在導體內電子的移動受限於該材料所造成的電子海的能階大小;而在半導體內,電子能夠移動是
因為電子-電洞效應;而絕緣體則是電子受限於分子所構成的共價鍵,使得電子要脫離原子是一件非常困難的事。因此,
沒有絕對絕緣的絕緣體,只要有足夠大的能量(例如高壓電)就可以使電子得以通過某絕緣體。
而在溶液中的電子流動是因為離子游動而造成的,能夠讓電流通過的溶液稱為電解質溶液。
常見的導體有金屬、石墨。
(註一)
     常温 :  常溫也叫一般溫度或者室溫,一般定義為攝氏25度。