Question

Объясните, почему сопротивление полупроводников уменьшается при увеличении температуры.

Answer 1

В отличие от металлов, сопротивление которых при повышении температуры увеличивается, сопротивление полупроводников при нагревании уменьшается. Дело в том, что электрпроводность любого материала (а электропроводность и сопротивление - это обратно пропорциональные величины) зависит от заряда носителей тока, скорости их упорядоченного направленного движения в электрическом поле и от числа этих носителей в единице объема вещества (концентрация). В полупроводниках с ростом температуры концентрация носителей увеличивается и, как результат, теплопродность проводника увеличивается, а сопротивление, соответственно, уменьшается.
В данном опыте демонстрируется изменение сопротивления при нагреве типичного полупроводника - германия.

Answer 2

Сопротивление полупроводников уменьшается при увеличении температуры из-за двух основных факторов: увеличения подвижности носителей заряда и уменьшения концентрации примесей.

В полупроводниках носители заряда (электроны и дырки) движутся в кристаллической решетке, которая в свою очередь является носителем теплового движения. При повышении температуры кристаллическая решетка колеблется более интенсивно, что приводит к увеличению средней скорости движения носителей заряда. Это увеличение скорости приводит к уменьшению времени релаксации носителей заряда, то есть времени, которое требуется носителю заряда для того, чтобы вернуться в свою начальную позицию после столкновения с примесью или другими носителями заряда. Уменьшение времени релаксации в свою очередь приводит к увеличению подвижности носителей заряда, что снижает сопротивление полупроводника.

Кроме того, при повышении температуры уменьшается концентрация примесей в полупроводнике из-за того, что часть примесей выходит из раствора и переходит в газообразное состояние. Уменьшение концентрации примесей приводит к уменьшению числа ловушек для носителей заряда, что также снижает сопротивление полупроводника.

Таким образом, увеличение температуры приводит к уменьшению сопротивления полупроводника за счет увеличения подвижности носителей заряда и уменьшения концентрации примесей.