Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника.

Как показали дальнейшие более глубокие исследования электрических свойств твердотельных материалов, различия между полупроводниками и металлами имеют не только количественный, но и качественный характер.

Первым это обстоятельство отметил Фарадей, который в 1833 году обнаружил, что сульфат серебра имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления (ТКС < 0):

Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru , (2)

где ∆R = R2-R1 < 0; ∆T = T2-T1 > 0; R = (R2+R1)/2; R – сопротивление; Т – температура.

В то же время, для всех металлов α > 0.

Указанное отличие можно проиллюстрировать, сопоставляя качественные зависимости s от Т для металлов и собственных (беспримесных) полупроводников (Рис. 2).

 
  Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru

Рисунок 2 – Температурные зависимости удельной электропроводности для металлов (1) и для собственных полупроводников (2)

Как видно из рисунка 2, для металлов с ростом Т величина s незначительно уменьшается, а следовательно ρ медленно растет (α > 0), в то время, как для полупроводников s экспоненциально растет с увеличением Т (ρ существенно уменьшается, т.е. α < 0).

Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru

Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru (3)

Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru

Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru

Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru

Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru .

Соответствующий график приведен на рисунке 3. Преобразуя соотношение (3), указанную энергию активации проводимости можно рассчитать по экспериментальному графику, качественно подобному приведенному на Рис. 3, следующим образом

Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru . (4)

Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru

Рисунок 3 – Температурная зависимость удельной электропроводности полупроводника и способ определения по ней энергии активации проводимости

Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru

Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru

Однако, в настоящее время хорошо известна ограниченность и указанного выше критерия по знаку температурного коэффициента сопротивления α (соотношение (2)), поскольку в определенном температурном интервале и при наличии некоторого определенного количества чужеродных примесных атомов удельная электропроводность полупроводника может уменьшаться, а следовательно, ρ - увеличиваться с ростом температуры. Но при дальнейшем повышении Т всегда можно достичь такой точки, выше которой s опять увеличивается, а следовательно, ρ - уменьшается с ростом Т (Рис. 4).

 
  Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника. - student2.ru

Рисунок 4 - Температурные зависимости удельной электропроводности для собственного полупроводника (1) и для примесного полупроводника (2)

С другой стороны, некоторые заведомо металлические пленки, а иногда даже массивные поликристаллические металлы обнаруживают отрицательный ТКС. Теперь известно, что этот эффект связан с наличием полупроводниковой оксидной пленки на межкристаллитных границах, но в свое время из-за отрицательного ТКС, присущего поликристаллическим титану и цирконию, указанные металлы были отнесены к числу полупроводников.

Вместе с тем, по мере накопления экспериментальных фактов при исследовании все более химически чистых веществ отчетливее вырисовывалась совокупность критериев, по которым к полупроводникам причислялись действительно заслуживающие этого материалы.

К концу XIX – началу XX века удалось установить, что наиболее существенной особенностью полупроводников является их способность изменять свои свойства в чрезвычайно широких пределах под влиянием различных воздействий: температуры, освещения, электрического и магнитного полей, внешнего гидростатического давления и т.п. При этом параметры полупроводников в отличие от металлов могут изменяться на много порядков величины.

Столь большая чувствительность полупроводников к воздействию внешних факторов и обусловила их широкое применение в различных областях техники.

Чувствительность к температуре лежит в основе действия таких полупроводниковых приборов, как терморезисторы, изменение сопротивления которых до 5% на градус, что примерно в 20 раз больше, чем у металлов, а это позволяет использовать такие терморезисторы, именуемые термисторами, как эффективные датчики температуры.

На большой чувствительности к свету основано действие полупроводниковых фотоприемников.

Высокая чувствительность к слабым электрическим сигналам позволила создать полупроводниковые диоды и транзисторы.

Чувствительность к магнитному полю используют при создании различных полупроводниковых датчиков углов поворота, ускорения, величины индукции магнитного поля.

Наши рекомендации