物質(zhì)的導電性半導體的導電特性

物質(zhì)的導電性和半導體的導電性知識要點一、物質(zhì)的導電性1、金屬中的電流neSvTAqneSvAtneSv金屬導體內(nèi)的電流強度與自由電子的平均定向運動速率有關(guān)。則心萬= =由上式可估算出電子的定向運動速率是很小的，一般為1°_5m/s數(shù)量級，與電子熱運動的平均速率（約105m/s數(shù)量級）和“電的傳播速率”（即電場的傳播速率，為3x108m/s、）不能混為一談。2。液體中的電流（1）液體導電包括液態(tài)金屬導電與電解質(zhì)導電兩種。電解質(zhì)導電與金屬導電的機理不同，固態(tài)金屬導電跟液態(tài)金屬（如汞）導電的載流子是自由電子，在導電過程中，金屬本身不發(fā)生化學變化，而電解質(zhì)導電的載流子是正負離子，在導電過程中，伴隨著電解現(xiàn)象，在正負極板處同時發(fā)生化學反應(yīng)（即電解）。（2）法拉第總結(jié)出了兩條電解定律。第一定律:：電解時析出物質(zhì)的質(zhì)量m跟通過電解液的電量Q成正比，用公式表示為：m=kQ=kit式中比例恒量k叫做電化當量，其物理意義是：通過1C電量時，所析出這種物質(zhì)的質(zhì)量。第二定律：各種物的電化當量k與它的化學當量成正比，即k=M/Fn,在化學中，我們常將M/n稱為“化學當量”，F(xiàn)叫法拉第常量。實驗指出，F(xiàn)=96484C/mol沁9.64x104C/mol將上式代入電解第-這就是法拉第電解定律的統(tǒng)一表達式。當析出物質(zhì)的質(zhì)量m等于該物質(zhì)的化學當量，則F與Q在數(shù)值上相等。3、氣體中的電流通常情況下，氣體不導電。只有在電離劑存在或極強大的電場情況下，氣體才會被電離而導電。氣體導電既有離子導電，又有電子導電。氣體導電不遵從歐姆定律。由于引起氣體電離的原因不同，可分為被激放電和自激放電。在電離劑（用紫外線、X射線或放射性元素發(fā)出的放射線照射或者用燃燒的火焰照射氣體）的作用下，發(fā)生的氣體放電現(xiàn)象叫做被激放電。沒有電離劑作用而在高電壓作用下發(fā)生的氣體放電現(xiàn)象叫做自激放電。各種自激放電形式的區(qū)別如下表氣體電離原因陰極發(fā)射電子原因輝光放電電子碰撞被正離了轟擊弧光放電強電流通過時產(chǎn)生的高溫被正離子轟擊并保持很咼的溫度（主要是熱電子發(fā)射）火花放電主要是電子碰撞還有火花本身的輻射被止離了轟擊電暈放電很強電場的作用（場致電離和碰撞電離）種種自激放電形式間的聯(lián)系主要表現(xiàn)在它們之間可以轉(zhuǎn)化。在放電電流很強時，輝光放電可以變成弧光放電。若電源的功率很大時，火花放電可以變成弧光放電。

二、半導體的導電性（1）半導體的導電性導電性能介于導體和絕緣體之間的一類物質(zhì)被稱為半導體，如硅、鍺、氧化亞銅等。以硅為例，硅是四價元素，硅原子最外層四個價電子，在形成單晶硅時，每個原子都以四個價電子與相鄰的四個原子聯(lián)系。目鄰的兩個原子就有一對共有電子，形成共價鍵。如圖所示。共價鍵中電子是被束縛的。但是由于熱運動，極少數(shù)電子可能獲得足夠大能量，掙脫成為自由電子，同時共價鍵中留下一個空位叫空穴，原子是中性的，失去電子后可以看作空穴帶正電，如圖2-7-2所示。這個空穴很容易被附近共價鍵中束縛電子填補，形成新的空穴，束縛電子的填補運動叫空穴運動，在純凈的半導體中，自由電子和空穴是成對出現(xiàn)，叫電子——空穴對。半導體的導電是既有電子導電，又有空穴導電。但由于純凈的半導體中，電子——空穴對數(shù)目較少，導電性差。但采取某些措施如加熱或光照，可使更多電子掙脫束縛，形成更多電子一空穴對，導電能力大大增強，這種性質(zhì)稱為熱敏特性和光敏特性。同樣在純凈半導體中摻入其他元素，也能使半導體的導電性能加強。（2）N型半導體、P型半導體及P-N結(jié)在純凈的硅中摻入微量的五價元素如磷、砷等，一些硅原子空間位置被五價的原子代替如磷原子。磷在與周圍硅原子形成共價鍵時多出一個電子，很容易成為一個自由電子，相應(yīng)原子失去電子成為正離子。這類半導體由于磷的摻入自由電子數(shù)目顯著增多，導致電子濃度比空穴濃度要大得多，因而它主要靠電子導電，叫做電子型半導體或N型半導體。在純凈的硅中摻入微量三價元素如銦、鎵、硼等，同樣在晶體中一些硅原子會被它們?nèi)〈Ｓ捎谛纬晒矁r鍵時缺少一個電子，附近共價鍵中電子很容易來填補，使得它們成為負離子，同時形成一個空穴。三價元素的摻入使空穴的數(shù)目增加，這類半導體中空穴濃度要比自由電子濃度大得多，導電主要是空穴導電，因而被稱為空穴型半導體P型半導體。當采用特殊工藝使半導體一側(cè)為P型半導體，另一側(cè)成為N型半導體，由于N型半導體中電子濃度大，而P型半導體中空穴濃度大，結(jié)果發(fā)生擴散運動，N區(qū)由于跑掉電子留下正離子，P區(qū)跑掉空穴留下負離子，在它們的交界處附近形成一個電場，如圖2-7-3所示，顯然這個電場區(qū)是阻止它們擴散的，當該阻擋層達穩(wěn)定時，擴散運動達到動態(tài)平衡，這個電場區(qū)阻擋層叫PN結(jié)。在PN結(jié)的N區(qū)和P區(qū)各引一電極就構(gòu)成一晶體二極管。晶體二極管對應(yīng)正、負極及符號如圖2-7-4所示。晶體二極管加正向電壓時（P接電源“+”極，N接電源“-”極），外電場與阻擋電場疊加，使PN結(jié)阻擋層變薄，這時P區(qū)空穴、N區(qū)電子又可順利通過PN結(jié)，且外加電壓大，這種作用對電子、空穴運動更有利。而電壓反向時，會使阻擋層加厚，只有P區(qū)自由電子和N區(qū)空穴能通過PN結(jié)形成反向電流，但是它們的濃度太小，粗略地認為幾乎沒有反向電流。因而二極管表現(xiàn)為單向?qū)щ娞匦?，其伏安特性曲線如圖3-2-5所示。阻檔層電場方向+圖-2-7-32圖2-7-4圖阻檔層電場方向+圖-2-7-32圖2-7-4圖3-2-5（3）晶體三極管口號，b晶體三極管由兩個PN結(jié)、三個電極線和管殼構(gòu)成，分PNP型和NPN型兩類，如圖2-7-6所示。它的三個電極e、b、c分別稱為發(fā)射極、基極、集電極。三極管特性是放大作用，聯(lián)接電路如圖2-7-7所示。微小的基極電流變化能引起集電流較大變化。所以在輸入端加一個較弱的信號，在輸出端Rc口號，bI=I+I=I+I0cb放大倍數(shù)B集電結(jié)CC=I+I0cb放大倍數(shù)B集電結(jié)CC圖2-7-9發(fā)射結(jié)圖2-7-7圖2-7-6圖2-7-7典型例題2.92g例1、把 的食鹽溶解在1L的水中，測得44%的食鹽分子發(fā)生電離。若鈉離子的遷移率（單位電場強度所產(chǎn)生的平均速率）為4.5%1°一8m2/s?V，氯離子的遷移率為6.67x10-8m2/s-V。求食鹽溶液的電阻率。例2、已知電弧放電是氣體自發(fā)放電的一種形式，它具有下降得伏安特性曲線，換言之，電流I越大，電弧的兩個電極之間的電壓Ua,b越?。篣二a+：.如圖所示，把“穩(wěn)定”電阻R和弧光燈串聯(lián)接到aI電動勢E=200V的電源兩端，電阻R的作用使燈發(fā)光穩(wěn)定。忽略電源的內(nèi)阻和導線電阻，求能使弧光燈穩(wěn)定發(fā)光且釋放的功率不小于電源消耗功率一半的所有電阻R的值。例3、如圖所示，一塊厚度為d的半導體放在垂直于板Q面的勻強磁場B中，當有穩(wěn)恒電流I垂直于磁場方向通過樣品板時，在板的前、后側(cè)面之間有一恒定電勢差U,且后側(cè)面電勢較前側(cè)面電勢高。（1）判斷這樣品板是P型的還是N型的。（2）它的載流子密度是多大？例4、用多用表歐姆檔測量晶體二極管的正向電阻時，用RX100檔和RXlk檔，測量結(jié)果不同，這是為什么？用哪一檔測的電阻值大？

鞏固練習1、當點解水時，在時間t=25min內(nèi)通過點解槽的電流I=20A。這時得到體積V=1L的氧氣，它的壓強p=2.026X105Pa.這