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半导体导电性的敏感效应

日期:2020-08-18浏览:464次

  半导体的能带结构如图4.2-23所示,下面是已被价电子占满的允带,中间为禁带,上面是空带。因此,在外电场作用下不能导电,但是这是零度时的情况。当外界条件发生变化时,例如温度升高和有光照射时,满带中有少量电子有可能被激发到上面的空带中去,在外电场作用下,这些电子将参与导电。同时,满带中由于少了一些电子,在满带顶部附近出现了一些空的量子状态,满带变成了部分占满的能带,在外电场的作用下,仍留在满带中的电子也能够起导电作用。满带电子的这种导电作用等效于把这些空的量子状态看作带正电荷的准粒子的导电作用,常称这些空的量子状态为空穴。所以在半导体中导带的电子和价带的空穴均参与导电,这是与金属导体的大差别。因为半导体的禁带宽度比较小,数量级在1eV左右,在通常温度下已有不少电子被激发到导带中去,所以具有一定的导电能力。因此,半导体的导电性受环境的影响很大,产生了一些半导体敏感效应。
 
  半导体陶瓷,简称半导瓷,是重要的一类半导体材料其景电能力介于金属与绝缘体之间。半导体陶瓷绝大都分由备种金属氧化物组成,由于这些金属氧化物多数具有比较的禁带(通常Eg>3eV),故常温下它们都是绝缘体,要使它们成为半导体,需在禁带中形成浅的施主能级或受主能级,浅的施主能级或浅的受主能级所束缚的载流子,在蜜温下由于热激发的作用被激发到导带或价带,提高了陶瓷材料的载流子浓度,从而形成半导体陶瓷材料,这个过程叫做华导化过程。
 
  金属氧化物的半导化途径有:①配料时掺入的外加成全、路电牙原将不纯质量人的杂质,在其禁制内无城我的能主杂质能级或受主质能级;②由于半导体陶瓷材料组分写严格的化学计量比相偏如金属原子或氧原子缺位、填隙原子等,可在禁带内生成主缺陷能级或受主缺陷能级。因此,在半导体瓷的制备过程中,通过控制化学计量比的偏离程度可以控制半导化。例如在氧气中烧结可以造成氧过剩,而在氮气或氢气中烧结可以产生氧不足,所以,改变烧结气氛就可以改变光导体陶瓷材料的化学计量比偏离程度,得到不同导计量比的偏离程度还与烧经语器的誉导体陶瓷。此外,化学计量比偏离程度、保温时间、冷却速率等工艺因素有关。
 
  半导体陶瓷与其它电子陶瓷相比,具有两个独特性能:
 
  ①一般电子陶瓷的晶粒电阻率与宏观电阻率接近,在1010Ω·cm以上,而半导体陶瓷的晶粒电阻率与宏观电阻率并不一致,半导体陶瓷的晶粒电阻率比其它电子陶瓷要低得多,如边界层电容器的SrTiO3,半导体陶瓷其宏观电阻率高达1011~1012Ω·cm,而晶粒电阻率低达10-1Ω·m。造成这种现象的原因是晶粒之间存在高绝缘的晶界层,这种夹层结构相当于减少了介质的有效厚度,也是使材料具有高表观介电系数的主要根源。②由于半导体陶瓷大多是多晶多相结构,主晶相一般为半导体,而晶界相可以是绝缘体或半导体,在晶粒边界处由于电子态的不同而形成空间电荷层造成能带弯曲,使半导体陶瓷晶粒的边界多数存在一定的界面势垒。这种界面势垒的性质,可以通过改变组分、工艺条件进行适当的控制。在外加电压作用下,半导体陶瓷中的载流子越过界面势垒而导电,其导电率不但与界面势垒有关,而且与工作时的光照、温度、湿度、气氛等环境条件有关,如果半导体陶瓷对某一环境条件或物理量特别灵敏,即可制成相应的半导体陶瓷敏感器件。
 
  主要的半导体陶瓷有:热敏陶瓷、电压敏陶瓷、气敏陶瓷、湿敏陶瓷、光敏陶瓷、边界层电容器半导体陶瓷。
图4.2-23半导体能带填充情况示意图
 

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