ในเซมิคอนดักเตอร์ ค่าการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นอย่างมาก ที่อุณหภูมิใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ พวกมันจะกลายเป็นฉนวน และที่อุณหภูมิสูง ค่าการนำไฟฟ้าจะมีนัยสำคัญ ต่างจากโลหะ จำนวนการนำอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์ไม่เท่ากับจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอน แต่เป็นเพียงส่วนเล็กๆ เท่านั้น การพึ่งพาการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์กับอุณหภูมิอย่างรวดเร็วบ่งชี้ว่าอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้าเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน

7. กำหนดและเขียนกฎของบรูว์สเตอร์ อธิบายคำตอบของคุณด้วยภาพวาด

หากแทนเจนต์ของมุมตกกระทบของลำแสงบนส่วนต่อประสานของไดอิเล็กทริกสองตัวเท่ากับดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ลำแสงที่สะท้อนกลับจะถูกโพลาไรซ์อย่างสมบูรณ์ในระนาบตั้งฉากกับระนาบตกกระทบนั่นคือขนานกับส่วนต่อประสานระหว่าง สื่อ

tg a B \u003d n 21

โดยที่ B คือมุมตกกระทบของแสง เรียกว่ามุมบริวสเตอร์ n 21 คือดัชนีการหักเหสัมพัทธ์ของตัวกลางตัวที่สองที่สัมพันธ์กับตัวกลางตัวแรก

8. สาระสำคัญของความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กคืออะไร?

x*p x >=ชม

ย*ป ย >=h

z* p z >=h

E* เสื้อ>=ชม

Δx, y, z - ความไม่ถูกต้องในการกำหนดพิกัด

Δp - ความไม่ถูกต้องในการกำหนดโมเมนตัม

ฟิสิกส์ ความหมาย: ไม่สามารถวัดตำแหน่งและโมเมนตัมในเวลาเดียวกันได้อย่างแม่นยำ

9. ความถี่ของการแกว่งอิสระในวงจรออสซิลเลเตอร์จะเปลี่ยนไปอย่างไรหากค่าความเหนี่ยวนำของคอยล์เพิ่มขึ้น 4 เท่า และความจุของตัวเก็บประจุลดลง 2 เท่า

คำตอบ: ลดลงตามปัจจัย

10. ระบุผลคูณของปฏิกิริยานิวเคลียร์ Li + H He +?

11. ความต้านทานแบบเหนี่ยวนำของขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำ 2 mH ที่ความถี่การแกว่งของกระแส n = 50 Hz เป็นเท่าใด

RL \u003d wL \u003d 2πνL \u003d 0.628 (โอห์ม) คำตอบ: RL \u003d 0.628 (โอห์ม)

หากดัชนีการหักเหสัมบูรณ์ของตัวกลางคือ 1.5 แล้วความเร็วแสงในตัวกลางนี้จะเท่ากับเท่าใด

n= ค/วี 2*10 8

13. ความยาวคลื่นของรังสีแกมมา นาโนเมตร ต้องใช้ความต่างศักย์ U เท่าใดกับหลอดรังสีเอกซ์เพื่อให้ได้รังสีเอกซ์ที่มีความยาวคลื่นนี้

14. ความยาวคลื่นของเดอ บรอกลี สำหรับอนุภาคคือ 2.2 นาโนเมตร จงหามวลของอนุภาคถ้ามันเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว

ม== 6, 62*10 -34 /2, 2*10 -9 *10 5 =3, 01*10 -30 ;

ผลจากการกระเจิงของโฟตอนด้วยอิเล็กตรอนอิสระ การเปลี่ยนแปลงของคอมป์ตันกลายเป็นเวลา 13.20 น. หามุมกระเจิง.

16. วงจรออสซิลเลเตอร์ประกอบด้วยตัวเก็บประจุ 50nF และความเหนี่ยวนำ 5/(4) μH กำหนดความยาวคลื่นของรังสี

17. หน้าที่การทำงานของอิเล็กตรอนจากแพลตตินัมคือ พลังงานจลน์สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแพลตตินัมด้วยแสงที่มีความยาวคลื่น 0.5 ไมครอนคือเท่าใด

18. ระยะห่างระหว่างร่องของตะแกรงเลี้ยวเบน d = 4 μm โดยปกติแสงที่มีความยาวคลื่นจะตกกระทบบนตะแกรง = 0.6 ไมโครเมตร ลำดับสูงสุดของตาข่ายนี้คืออะไร?

d=4µm, , dsinj = nl, sinj=1,n= =

ดอกป๊อปปี้ ลำดับ - 6

19. ชั้นการดูดกลืนแสงครึ่งหนึ่ง d 1/2 คือเท่าใด หากความเข้มของแสงลดลง 8 เท่าเมื่อแสงผ่านชั้นสารขนาด 30 มม. , , , , , , ,

20. ในการทดลองของยัง หลุมถูกทำให้สว่างด้วยแสงสีเดียวที่มีความยาวคลื่น \u003d 6 10 -5 ซม. ระยะห่างระหว่างรูคือ 1 มม. และระยะห่างจากรูถึงหน้าจอคือ 3 ม. ค้นหาตำแหน่งของแถบแสงแรก .

ตัวเลือกที่ 18

1. สนามแม่เหล็กเรียกว่าเป็นเนื้อเดียวกันถ้า ... เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะเท่ากันทุกจุด ตัวอย่าง (แม่เหล็กถาวร)

2. การสั่นแบบใดที่เรียกว่าบังคับ?

การสั่นแบบบังคับ - การสั่นที่เกิดขึ้นในระบบใด ๆ ภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลภายนอกที่แปรผัน ธรรมชาติของการแกว่งแบบบังคับถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของอิทธิพลภายนอกและโดยคุณสมบัติของระบบเอง

3. เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคภายนอกเรียกว่าอะไร?

เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคภายนอกคือการขับอิเล็กตรอนออกจากสารภายใต้การกระทำของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า โฟโตอิเล็กทริคภายนอกพบได้ในตัวนำเป็นหลัก

4. ตัวดำสนิทเรียกว่าอะไร?

ร่างกายที่สามารถดูดซับรังสีทั้งหมดที่เกิดขึ้นจากความถี่ใด ๆ ที่อุณหภูมิใดก็ได้อย่างสมบูรณ์เรียกว่าสีดำ ดังนั้น ค่าดูดกลืนแสงสเปกตรัมของวัตถุสีดำสำหรับทุกความถี่และอุณหภูมิจะเท่ากับหนึ่ง ()

5. กำหนดและเขียนกฎของแลมเบิร์ต

กฎบูเกร์ - แลมเบิร์ต - เบียร์เป็นกฎทางกายภาพที่กำหนดการลดทอนของลำแสงเอกรงค์เดียวที่ขนานกันเมื่อมันแพร่กระจายในตัวกลางที่ดูดซับ

โดยที่ความเข้มของลำแสงที่เข้ามาคือความหนาของชั้นของสารที่แสงผ่านคือดัชนีการดูดกลืนแสง

คุณสมบัติของมันคืออะไร? ฟิสิกส์ของเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร? พวกเขาสร้างขึ้นมาได้อย่างไร? การนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร? พวกเขามีคุณสมบัติทางกายภาพอะไรบ้าง?

เซมิคอนดักเตอร์คืออะไร?

นี่หมายถึงวัสดุผลึกที่ไม่นำไฟฟ้าเช่นเดียวกับโลหะ แต่ถึงกระนั้นตัวบ่งชี้นี้ก็ดีกว่าฉนวน ลักษณะดังกล่าวเกิดจากจำนวนผู้ให้บริการมือถือ โดยทั่วไปแล้ว แกนกลางมีความผูกพันอย่างแน่นแฟ้น แต่เมื่ออะตอมหลายอะตอมถูกนำเข้าไปในตัวนำ เช่น พลวง ซึ่งมีอิเล็กตรอนมากเกินไป สถานการณ์นี้จะได้รับการแก้ไข เมื่อใช้อินเดียมจะได้ธาตุที่มีประจุบวก คุณสมบัติทั้งหมดนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในทรานซิสเตอร์ - อุปกรณ์พิเศษที่สามารถขยาย ปิดกั้น หรือส่งกระแสในทิศทางเดียวเท่านั้น หากเราพิจารณาองค์ประกอบประเภท NPN เราก็สามารถสังเกตบทบาทการขยายสัญญาณที่สำคัญได้ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อส่งสัญญาณอ่อน

คุณสมบัติการออกแบบของเซมิคอนดักเตอร์ไฟฟ้า

ตัวนำมีอิเล็กตรอนอิสระจำนวนมาก ลูกถ้วยแทบไม่มีเลย ในทางกลับกัน สารกึ่งตัวนำมีทั้งอิเล็กตรอนอิสระและช่องว่างที่มีประจุบวกจำนวนหนึ่ง ซึ่งพร้อมที่จะรับอนุภาคที่ปล่อยออกมา และที่สำคัญที่สุดคือพวกเขาทั้งหมดดำเนินการ ประเภทของทรานซิสเตอร์ NPN ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ไม่ใช่องค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์เพียงอย่างเดียวที่เป็นไปได้ ดังนั้นจึงมีทรานซิสเตอร์ PNP และไดโอดด้วย

หากเราพูดถึงเรื่องหลังสั้น ๆ นี่เป็นองค์ประกอบที่สามารถส่งสัญญาณไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ไดโอดยังสามารถเปลี่ยนกระแสสลับให้เป็นกระแสตรงได้ กลไกของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวคืออะไร? แล้วทำไมมันถึงเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวล่ะ? อิเล็กตรอนและช่องว่างสามารถแยกออกหรือเข้าหากันขึ้นอยู่กับว่ากระแสมาจากไหน ในกรณีแรกเนื่องจากระยะทางที่เพิ่มขึ้นการจ่ายไฟจึงถูกขัดจังหวะดังนั้นการถ่ายโอนตัวพาแรงดันไฟฟ้าเชิงลบจึงดำเนินการในทิศทางเดียวเท่านั้นนั่นคือค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์เป็นด้านเดียว ท้ายที่สุดแล้ว กระแสไฟฟ้าสามารถส่งผ่านได้ก็ต่อเมื่อมีอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบอยู่ใกล้ๆ และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีการจ่ายกระแสจากด้านหนึ่งเท่านั้น เซมิคอนดักเตอร์ประเภทนี้มีอยู่และใช้งานอยู่ในปัจจุบัน

โครงสร้างวงดนตรี

คุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางแสงของตัวนำมีความสัมพันธ์กับความจริงที่ว่า เมื่อระดับพลังงานเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน พวกมันจะถูกแยกออกจากสถานะที่เป็นไปได้ด้วยช่องว่างของแถบความถี่ คุณสมบัติของเธอคืออะไร? ความจริงก็คือไม่มีระดับพลังงานในช่องว่างของแถบความถี่ ด้วยความช่วยเหลือของสิ่งสกปรกและข้อบกพร่องทางโครงสร้างสิ่งนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ แถบที่มีประจุเต็มสูงสุดเรียกว่าแถบวาเลนซ์ จากนั้นปฏิบัติตามที่อนุญาต แต่ว่างเปล่า เรียกว่าวงดนตรีนำ ฟิสิกส์เซมิคอนดักเตอร์เป็นหัวข้อที่ค่อนข้างน่าสนใจและจะครอบคลุมอยู่ในกรอบของบทความ

สถานะอิเล็กตรอน

สำหรับสิ่งนี้ จะใช้แนวคิดเช่นจำนวนของโซนที่อนุญาตและกึ่งโมเมนตัม โครงสร้างของอันแรกถูกกำหนดโดยกฎการกระจายตัว เขาบอกว่ามันได้รับผลกระทบจากการพึ่งพาพลังงานในกึ่งโมเมนตัม ดังนั้นหากแถบเวเลนซ์เต็มไปด้วยอิเล็กตรอนอย่างสมบูรณ์ (ซึ่งมีประจุในเซมิคอนดักเตอร์) พวกเขาก็บอกว่าไม่มีการกระตุ้นเบื้องต้นในนั้น หากไม่มีอนุภาคด้วยเหตุผลบางประการนั่นหมายความว่ามีอนุภาคควาซิพติเคิลที่มีประจุบวกปรากฏขึ้นที่นี่ - ช่องว่างหรือรู พวกมันเป็นตัวพาประจุในเซมิคอนดักเตอร์ในแถบเวเลนซ์

โซนเสื่อมโทรม

แถบเวเลนซ์ในตัวนำทั่วไปมีความเสื่อมลงหกเท่า โดยไม่ได้คำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างการหมุนกับวงโคจร และเฉพาะเมื่อกึ่งโมเมนตัมเป็นศูนย์เท่านั้น มันสามารถแบ่งภายใต้เงื่อนไขเดียวกันออกเป็นแถบเสื่อมสองเท่าและสี่เท่า ระยะห่างของพลังงานระหว่างพวกมันเรียกว่าพลังงานการแยกของวงโคจรหมุน

สิ่งเจือปนและข้อบกพร่องในสารกึ่งตัวนำ

อาจไม่มีการใช้งานทางไฟฟ้าหรือใช้งานอยู่ การใช้แบบแรกทำให้สามารถรับประจุบวกหรือลบในเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งสามารถชดเชยได้ด้วยการปรากฏตัวของรูในแถบเวเลนซ์หรืออิเล็กตรอนในแถบสื่อกระแสไฟฟ้า สารเจือปนที่ไม่ใช้งานจะเป็นกลางและมีผลกระทบต่อคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ค่อนข้างน้อย ยิ่งไปกว่านั้น มักมีความสำคัญว่าอะตอมที่มีส่วนร่วมในกระบวนการถ่ายโอนประจุจะมีความจุเท่าใด และจะมีโครงสร้างอย่างไร

อัตราส่วนระหว่างจำนวนรูและอิเล็กตรอนสามารถเปลี่ยนแปลงได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับชนิดและปริมาณของสิ่งเจือปน ดังนั้นจึงต้องเลือกวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ นำหน้าด้วยการคำนวณจำนวนมากและการทดลองในเวลาต่อมา อนุภาคที่ส่วนใหญ่เรียกว่าตัวพาประจุส่วนใหญ่นั้นไม่ใช่อนุภาคหลัก

การแนะนำสิ่งเจือปนในเซมิคอนดักเตอร์ในขนาดทำให้สามารถรับอุปกรณ์ที่มีคุณสมบัติที่ต้องการได้ ข้อบกพร่องในเซมิคอนดักเตอร์อาจอยู่ในสถานะไฟฟ้าที่ไม่ได้ใช้งานหรือใช้งานอยู่ ความคลาดเคลื่อน อะตอมคั่นกลาง และตำแหน่งว่างมีความสำคัญที่นี่ ตัวนำที่เป็นของเหลวและไม่เป็นผลึกจะทำปฏิกิริยากับสิ่งเจือปนแตกต่างจากตัวนำที่เป็นผลึก การไม่มีโครงสร้างที่เข้มงวดในท้ายที่สุดส่งผลให้อะตอมที่ถูกแทนที่ได้รับวาเลนซีที่แตกต่างกัน มันจะแตกต่างจากอันที่เขาทำให้ความสัมพันธ์ของเขาอิ่มตัวในตอนแรก มันจะไร้ประโยชน์สำหรับอะตอมที่จะให้หรือเพิ่มอิเล็กตรอน ในกรณีนี้มันจะไม่ทำงาน ดังนั้นสารกึ่งตัวนำที่เจือจึงมีโอกาสเกิดความล้มเหลวสูง สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะเปลี่ยนประเภทของการนำไฟฟ้าด้วยความช่วยเหลือของการเติมและสร้างตัวอย่างเช่นรอยต่อ p-n

เซมิคอนดักเตอร์อสัณฐานบางชนิดสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ได้ภายใต้อิทธิพลของการเติม แต่สิ่งนี้ใช้ได้กับพวกเขาในระดับที่น้อยกว่าคริสตัลไลน์มาก ความไวขององค์ประกอบอสัณฐานต่อการเติมสามารถปรับปรุงได้โดยการประมวลผล ท้ายที่สุด ฉันอยากจะทราบว่าต้องขอบคุณการทำงานที่ยาวนานและหนักหน่วง สารกึ่งตัวนำที่เจือยังคงแสดงด้วยผลลัพธ์จำนวนหนึ่งที่มีคุณสมบัติที่ดี

สถิติอิเล็กตรอนในสารกึ่งตัวนำ

เมื่อมีอยู่ จำนวนรูและอิเล็กตรอนจะถูกกำหนดโดยอุณหภูมิ พารามิเตอร์ของโครงสร้างแถบความถี่ และความเข้มข้นของสิ่งเจือปนที่เกิดปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเท่านั้น เมื่อคำนวณอัตราส่วนแล้ว จะถือว่าอนุภาคบางส่วนจะอยู่ในแถบการนำไฟฟ้า (ที่ระดับตัวรับหรือผู้บริจาค) นอกจากนี้ยังคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่าส่วนหนึ่งสามารถออกจากอาณาเขตวาเลนซ์ได้และเกิดช่องว่างขึ้นที่นั่น

การนำไฟฟ้า

ในเซมิคอนดักเตอร์ นอกจากอิเล็กตรอนแล้ว ไอออนยังทำหน้าที่เป็นพาประจุได้อีกด้วย แต่ค่าการนำไฟฟ้าในกรณีส่วนใหญ่นั้นมีน้อยมาก เป็นข้อยกเว้น สามารถอ้างอิงได้เฉพาะตัวนำยิ่งยวดไอออนิกเท่านั้น มีกลไกหลักสามประการในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์:

1. โซนหลัก. ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในอาณาเขตที่อนุญาตเดียวกัน
2. กระโดดถ่ายโอนผ่านรัฐที่มีการแปล
3. โพลารอน.

สารออกซิตัน

รูและอิเล็กตรอนสามารถก่อให้เกิดสถานะที่ถูกผูกไว้ได้ มันถูกเรียกว่า exciton ของ Wannier-Mott ในกรณีนี้ซึ่งสอดคล้องกับขอบการดูดกลืนแสง จะลดลงตามขนาดของพันธะ เมื่อมีพลังงานเพียงพอ excitons จำนวนมากสามารถก่อตัวในเซมิคอนดักเตอร์ได้ เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น จะเกิดการควบแน่น และของเหลวในรูอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้น

พื้นผิวสารกึ่งตัวนำ

คำเหล่านี้แสดงถึงชั้นอะตอมหลายชั้นที่อยู่ใกล้กับขอบของอุปกรณ์ คุณสมบัติพื้นผิวแตกต่างจากคุณสมบัติเทกอง การมีอยู่ของชั้นเหล่านี้จะทำลายความสมมาตรในการแปลของคริสตัล สิ่งนี้นำไปสู่สิ่งที่เรียกว่าสถานะพื้นผิวและโพลาริตอน การพัฒนารูปแบบหลัง ควรแจ้งเกี่ยวกับการหมุนและคลื่นสั่นสะเทือนด้วย เนื่องจากกิจกรรมทางเคมี พื้นผิวจึงถูกปกคลุมไปด้วยชั้นโมเลกุลหรืออะตอมแปลกปลอมที่ถูกดูดซับจากสิ่งแวดล้อมด้วยกล้องจุลทรรศน์ พวกมันกำหนดคุณสมบัติของชั้นอะตอมหลายชั้นเหล่านั้น โชคดีที่การสร้างเทคโนโลยีสูญญากาศสูงพิเศษซึ่งมีการสร้างองค์ประกอบของเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้สามารถรับและรักษาพื้นผิวที่สะอาดได้เป็นเวลาหลายชั่วโมง ซึ่งส่งผลดีต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ได้

เซมิคอนดักเตอร์ อุณหภูมิส่งผลต่อความต้านทาน

เมื่ออุณหภูมิของโลหะเพิ่มขึ้น ความต้านทานก็จะเพิ่มขึ้นด้วย สำหรับเซมิคอนดักเตอร์สิ่งที่ตรงกันข้ามจะเป็นจริง - ภายใต้เงื่อนไขเดียวกันพารามิเตอร์นี้จะลดลงสำหรับพวกมัน ประเด็นก็คือ ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุใดๆ (และคุณลักษณะนี้จะแปรผกผันกับความต้านทาน) ขึ้นอยู่กับประจุกระแสที่ตัวพามี ความเร็วของการเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้า และจำนวนในปริมาตรหนึ่งหน่วยของ วัสดุ.

ในองค์ประกอบของเซมิคอนดักเตอร์เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความเข้มข้นของอนุภาคจะเพิ่มขึ้นด้วยเหตุนี้ค่าการนำความร้อนจึงเพิ่มขึ้นและความต้านทานลดลง คุณสามารถตรวจสอบสิ่งนี้ได้หากคุณมีนักฟิสิกส์รุ่นเยาว์และวัสดุที่จำเป็นเช่นซิลิคอนหรือเจอร์เมเนียมคุณสามารถใช้เซมิคอนดักเตอร์ที่ทำจากพวกมันได้ การเพิ่มอุณหภูมิจะลดความต้านทานลง เพื่อให้แน่ใจในสิ่งนี้ คุณจะต้องตุนเครื่องมือวัดที่จะช่วยให้คุณเห็นการเปลี่ยนแปลงทั้งหมด นี่เป็นกรณีทั่วไป ลองดูตัวเลือกส่วนตัวสองสามตัว

ความต้านทานและการแตกตัวเป็นไอออนของไฟฟ้าสถิต

นี่เป็นเพราะการขุดอุโมงค์อิเล็กตรอนที่ผ่านสิ่งกีดขวางแคบมากซึ่งจ่ายพลังงานประมาณหนึ่งในร้อยของไมโครเมตร ตั้งอยู่ระหว่างขอบของโซนพลังงาน ลักษณะที่ปรากฏจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อแถบพลังงานเอียงซึ่งเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าแรงเท่านั้น เมื่อเกิดการขุดอุโมงค์ (ซึ่งเป็นผลกระทบเชิงกลของควอนตัม) อิเล็กตรอนจะผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นแคบ และพลังงานของพวกมันจะไม่เปลี่ยนแปลง สิ่งนี้ส่งผลให้ความเข้มข้นของตัวพาประจุเพิ่มขึ้น และในทั้งสองแถบ: ทั้งการนำไฟฟ้าและเวเลนซ์ หากมีการพัฒนากระบวนการไอออไนซ์ไฟฟ้าสถิต อาจเกิดการพังทลายของเซมิคอนดักเตอร์ในอุโมงค์ ในระหว่างกระบวนการนี้ ความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์จะเปลี่ยนไป สามารถย้อนกลับได้ และทันทีที่ปิดสนามไฟฟ้า กระบวนการทั้งหมดจะถูกกู้คืน

ความต้านทานและแรงกระแทกไอออไนซ์

ในกรณีนี้หลุมและอิเล็กตรอนจะถูกเร่งในขณะที่พวกมันผ่านเส้นทางอิสระเฉลี่ยภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าแรงถึงค่าที่นำไปสู่การแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมและการทำลายพันธะโควาเลนต์ตัวใดตัวหนึ่ง (อะตอมหลักหรือสิ่งเจือปน ). ไอออนไนซ์ของการกระแทกเกิดขึ้นเหมือนหิมะถล่ม และตัวพาประจุจะขยายตัวทวีคูณในนั้นเหมือนหิมะถล่ม ในกรณีนี้ รูและอิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นใหม่จะถูกเร่งด้วยกระแสไฟฟ้า ค่าของกระแสในผลลัพธ์สุดท้ายจะถูกคูณด้วยค่าสัมประสิทธิ์อิออไนเซชันของการกระแทก ซึ่งเท่ากับจำนวนคู่ของรูอิเล็กตรอนที่เกิดจากตัวพาประจุในส่วนหนึ่งของเส้นทาง การพัฒนากระบวนการนี้นำไปสู่การพังทลายของเซมิคอนดักเตอร์ในที่สุด ความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์ก็เปลี่ยนแปลงเช่นกัน แต่ในกรณีของการพังทลายของอุโมงค์ก็สามารถย้อนกลับได้

การใช้สารกึ่งตัวนำในทางปฏิบัติ

ควรสังเกตความสำคัญพิเศษขององค์ประกอบเหล่านี้ในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ เราแทบไม่มีข้อสงสัยเลยว่าคุณจะไม่สนใจคำถามที่ว่าเซมิคอนดักเตอร์คืออะไรหากไม่ใช่เพราะความปรารถนาที่จะประกอบวัตถุอย่างอิสระโดยใช้พวกมัน เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงการทำงานของตู้เย็น โทรทัศน์ จอคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ที่ไม่มีสารกึ่งตัวนำ อย่าทำโดยไม่มีพวกเขาและการพัฒนายานยนต์ขั้นสูง นอกจากนี้ยังใช้ในเทคโนโลยีการบินและอวกาศอีกด้วย คุณเข้าใจหรือไม่ว่าเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร มีความสำคัญแค่ไหน? แน่นอนว่าไม่สามารถพูดได้ว่าสิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบเดียวที่ไม่สามารถทดแทนได้สำหรับอารยธรรมของเรา แต่ก็ไม่ควรประมาทเช่นกัน

การใช้เซมิคอนดักเตอร์ในทางปฏิบัตินั้นเกิดจากปัจจัยหลายประการรวมถึงการใช้วัสดุที่ใช้ทำอย่างกว้างขวางและความง่ายในการประมวลผลและการได้รับผลลัพธ์ที่ต้องการและคุณสมบัติทางเทคนิคอื่น ๆ เนื่องจากการเลือก นักวิทยาศาสตร์ที่พัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หยุดอยู่กับพวกเขา

บทสรุป

เราตรวจสอบโดยละเอียดว่าเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร ทำงานอย่างไร ความต้านทานขึ้นอยู่กับกระบวนการทางกายภาพและเคมีที่ซับซ้อน และเราสามารถแจ้งให้คุณทราบว่าข้อเท็จจริงที่อธิบายไว้ในบทความจะไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่าเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร ด้วยเหตุผลง่ายๆ ที่แม้แต่วิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ศึกษาคุณสมบัติของงานของพวกเขาจนจบ แต่เรารู้คุณสมบัติและคุณลักษณะหลักซึ่งทำให้เราสามารถนำไปใช้ในทางปฏิบัติได้ ดังนั้นคุณสามารถค้นหาวัสดุเซมิคอนดักเตอร์และทดลองด้วยตัวเองด้วยความระมัดระวัง ใครจะรู้บางทีนักสำรวจผู้ยิ่งใหญ่กำลังหลับใหลในตัวคุณอยู่!

ในในกรณีของโครงตาข่ายคริสตัลในอุดมคติ อิเล็กตรอนการนำไฟฟ้าจะไม่ได้รับความต้านทานใดๆ ในระหว่างการเคลื่อนที่ และค่าการนำไฟฟ้าของโลหะจะมีขนาดใหญ่อย่างไม่จำกัด อย่างไรก็ตาม โครงตาข่ายคริสตัลไม่เคยสมบูรณ์แบบ การละเมิดระยะเวลาที่เข้มงวดของขัดแตะอาจเกิดจากการมีสิ่งเจือปนหรือตำแหน่งที่ว่างตลอดจนการสั่นสะเทือนทางความร้อนของขัดแตะ การกระเจิงของอิเล็กตรอนโดยอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์และโดยการสั่นของไอออนทำให้เกิดความต้านทานไฟฟ้าในโลหะ

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าในการประมาณครั้งแรก ความต้านทานของตัวนำโลหะจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงกับอุณหภูมิตามกฎหมาย:

R = Ro (1+α t) หรือ R = Ro α T;

Ρ = ρ o (1+α t) หรือ ρ = ρ o α T

โดยที่ t คืออุณหภูมิในระดับเซลเซียส T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ R 0 (ρ o) คือความต้านทาน (ความต้านทาน) ที่อุณหภูมิศูนย์ในหน่วยเซลเซียส α คือสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน

สำหรับโลหะบริสุทธิ์ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน

α=0.004 เค -1 . รูปที่ 1a แสดงกราฟโดยประมาณของการพึ่งพาความต้านทานของโลหะต่ออุณหภูมิสัมบูรณ์

ต

รูปที่ 1a รูปที่ 1b

ตรงกันข้ามกับโลหะซึ่งการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนซึ่งเป็นผลมาจากความต้านทานเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น บทบาทหลักในการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์นั้นเล่นโดยการสร้างความร้อนของอิสระ อิเล็กตรอนและรู ยิ่งไปกว่านั้น ความเข้มข้นของอิเล็กตรอน Ne และรู Ng จะเท่ากันสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ที่อยู่ภายใน (บริสุทธิ์) และจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น (ดูการแจกแจงของ Boltzmann):

โดยที่ E คือช่องว่างของแถบความถี่ k คือค่าคงที่ของ Boltzmann ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นการนำไฟฟ้า สารกึ่งตัวนำเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และความต้านทานลดลงอย่างรวดเร็วตามสูตร:

และ r = r o
(3)

ถ้าบนกราฟ 1b เราเป็นตัวแทนของการพึ่งพา ln จาก จากนั้นจะได้เส้นตรงสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ภายใน ในกรณีของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการเจือ ความเข้มข้นของพาหะในปัจจุบันจะถึงความอิ่มตัวอย่างรวดเร็ว เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าภายในของเซมิคอนดักเตอร์เริ่มส่งผลกระทบในวงกว้าง เมื่ออุณหภูมิสูง ค่าการนำไฟฟ้าจะเป็นผลรวมของค่าการนำไฟฟ้าภายในและค่าเจือปน ที่อุณหภูมิต่ำ การนำสารเจือปนจะมีอิทธิพลเหนือกว่า ในขณะที่ที่อุณหภูมิสูง การนำไฟฟ้าจากภายในจะมีอิทธิพลเหนือกว่า

การนำสิ่งเจือปนของเซมิคอนดักเตอร์

ผลึกในอุดมคติที่ไม่มีสิ่งเจือปนนั้นหายากมาก สิ่งเจือปนในผลึกเซมิคอนดักเตอร์สามารถเพิ่มจำนวนอิเล็กตรอนหรือรูได้ พบว่าการนำอะตอมพลวงหนึ่งอะตอมเข้าไปในเจอร์เมเนียมหรือซิลิคอนหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตรทำให้เกิดอิเล็กตรอนหนึ่งตัวและโบรอนหนึ่งอะตอมทำให้เกิดหลุมเดียว

การปรากฏตัวของการนำไฟฟ้าหรือรูเมื่อมีสิ่งเจือปนต่างๆ เข้าไปในคริสตัลในอุดมคติเกิดขึ้นดังนี้ สมมติว่าในผลึกซิลิคอนอะตอมหนึ่งจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมพลวง พลวงบนเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกมีอิเล็กตรอน 5 ตัว (กลุ่ม V ของระบบธาตุ) อิเล็กตรอนสี่ตัวสร้างพันธะอิเล็กทรอนิกส์ที่จับคู่กับอะตอมซิลิคอนที่อยู่ใกล้เคียงที่สุดสี่อะตอม อิเล็กตรอนตัวที่ 5 ที่เหลือจะเคลื่อนที่ไปรอบอะตอมพลวงในวงโคจรคล้ายกับวงโคจรของอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจน แต่แรงดึงดูดทางไฟฟ้าไปยังนิวเคลียสจะลดลงตามการยอมของซิลิคอน ดังนั้น ในการปล่อยอิเล็กตรอนตัวที่ 5 จำเป็นต้องใช้พลังงานเพียงเล็กน้อย ซึ่งเท่ากับประมาณ 0.05 eV อิเล็กตรอนที่มีพันธะอ่อนแอสามารถแยกออกจากอะตอมพลวงได้อย่างง่ายดายภายใต้การกระทำของการสั่นสะเทือนทางความร้อนของโครงตาข่ายที่อุณหภูมิต่ำ พลังงานไอออไนเซชันที่ต่ำของอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์หมายความว่าที่อุณหภูมิประมาณ -100°C อะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ทั้งหมดในเจอร์เมเนียมและซิลิคอนจะถูกแตกตัวเป็นไอออนแล้ว และอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจะมีส่วนร่วมในกระบวนการนำไฟฟ้า ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจะเป็นตัวพาประจุหลัก ที่นี่มีค่าการนำไฟฟ้าหรือค่าการนำไฟฟ้าแบบ n (n คือตัวอักษรตัวแรกของคำว่าลบ) หลังจากที่อิเล็กตรอน "พิเศษ" ที่ห้าถูกกำจัดออกไปอะตอมของพลวงจะกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวกซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนสี่ตัวเช่นเดียวกับซิลิคอนทั้งหมด อะตอม t .e ไอออนของพลวงจะกลายเป็นส่วนประกอบของซิลิคอนในโครงตาข่ายคริสตัล

สิ่งเจือปนที่ทำให้เกิดการนำไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ในคริสตัลเรียกว่าผู้บริจาค สำหรับซิลิคอนและเจอร์เมเนียม พวกมันเป็นองค์ประกอบของกลุ่ม V ของตารางธาตุ ได้แก่ พลวง ฟอสฟอรัส สารหนู และบิสมัท

อะตอมเจือปนโบรอนไตรวาเลนต์ในโครงตาข่ายซิลิคอนมีพฤติกรรมแตกต่างออกไป เปลือกนอกของอะตอมโบรอนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงสามตัวเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าขาดอิเล็กตรอนหนึ่งตัวไปเติมพันธะเวเลนซ์สี่พันธะที่มีเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดสี่ตัว พันธะอิสระสามารถเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนที่ถูกถ่ายโอนจากพันธะอื่น พันธะนี้จะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนของพันธะถัดไป และอื่นๆ รูบวก (พันธะที่ไม่มีการเติมเต็ม) สามารถเคลื่อนที่ผ่านคริสตัลจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งได้ (เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม) เมื่ออิเล็กตรอนเติมพันธะเวเลนซ์ที่หายไป อะตอมโบรอนที่ไม่บริสุทธิ์จะกลายเป็นไอออนที่มีประจุลบซึ่งมาแทนที่อะตอมซิลิคอนในโครงตาข่ายคริสตัล หลุมจะถูกยึดอย่างอ่อนกับอะตอมโบรอนด้วยแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิต และจะเคลื่อนที่ไปรอบๆ หลุมในวงโคจรคล้ายกับวงโคจรของอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจน พลังงานไอออไนเซชันเช่น พลังงานที่จำเป็นในการแยกรูออกจากโบรอนไอออนลบจะอยู่ที่ประมาณ 0.05 eV ดังนั้นที่อุณหภูมิห้อง อะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ที่เป็นไตรวาเลนต์ทั้งหมดจะถูกแตกตัวเป็นไอออน และรูจะมีส่วนร่วมในกระบวนการนำไฟฟ้า หากมีส่วนผสมของอะตอมไตรวาเลนท์ในผลึกซิลิคอน (กลุ่มที่ 3 ของระบบธาตุ) การนำไฟฟ้าจะดำเนินการโดยรูเป็นหลัก การนำไฟฟ้าดังกล่าวเรียกว่า รู หรือการนำไฟฟ้าชนิด p (p คือตัวอักษรตัวแรกของคำว่าบวก ). สิ่งเจือปนที่ทำให้เกิดการนำรูเรียกว่าตัวรับ ตัวรับในเจอร์เมเนียมและซิลิคอนรวมถึงองค์ประกอบของกลุ่มที่สามของระบบธาตุ: แกลเลียม, แทลเลียม, โบรอน, อลูมิเนียม จำนวนพาหะปัจจุบันที่เกิดขึ้นเมื่อสิ่งเจือปนของแต่ละประเภทถูกแยกออกจากกันขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสิ่งเจือปนและพลังงานไอออไนเซชันในเซมิคอนดักเตอร์ที่กำหนด อย่างไรก็ตาม สิ่งเจือปนที่ใช้ในทางปฏิบัติส่วนใหญ่จะแตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้นความเข้มข้นของตัวพาที่สร้างขึ้นภายใต้สภาวะเหล่านี้โดยสิ่งเจือปนจะถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของสิ่งเจือปนเท่านั้น และในหลายกรณีจะเท่ากับจำนวนอะตอมของสิ่งเจือปนที่ใส่เข้าไปในเซมิคอนดักเตอร์

สิ่งเจือปนของผู้บริจาคแต่ละอะตอมมีส่วนทำให้เกิดการนำอิเล็กตรอนหนึ่งตัว ดังนั้น ยิ่งอะตอมของผู้บริจาคในแต่ละลูกบาศก์เซนติเมตรของเซมิคอนดักเตอร์มากเท่าไร ความเข้มข้นของพวกมันก็จะเกินความเข้มข้นของรูมากขึ้นเท่านั้น และสภาพการนำไฟฟ้าจะมีลักษณะทางอิเล็กทรอนิกส์ สถานการณ์ย้อนกลับเกิดขึ้นเมื่อมีการแนะนำสิ่งเจือปนของตัวรับ

ด้วยความเข้มข้นที่เท่ากันของสิ่งเจือปนของผู้ให้และผู้รับในคริสตัล ค่าการนำไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเช่นเดียวกับในเซมิคอนดักเตอร์ของมันเอง โดยอิเล็กตรอนและรูเนื่องจากการแตกของพันธะวาเลนซ์ เซมิคอนดักเตอร์ดังกล่าวเรียกว่าการชดเชย

ปริมาณไฟฟ้าที่พาโดยรูหรืออิเล็กตรอนไม่ได้ถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของพาหะเท่านั้น แต่ยังพิจารณาจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและรูด้วย

สารประกอบเซมิคอนดักเตอร์

นอกเหนือจากเซมิคอนดักเตอร์เบื้องต้นในเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์แล้ว สารประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่ได้จากฟิวชันหรือการบำบัดทางเคมีขององค์ประกอบบริสุทธิ์ยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย เหล่านี้คือคัพรัสออกไซด์ซึ่งมีการผลิตตัวเรียงกระแสเซมิคอนดักเตอร์ประเภทต่าง ๆ พลวงสังกะสี (SbZn) ที่ใช้สำหรับการผลิตเทอร์โมไพล์ของเซมิคอนดักเตอร์ตะกั่วเทลลูไรด์ (PbTe) ซึ่งพบการใช้งานในการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และสำหรับสาขาลบ เทอร์โมอิเลเมนต์ และอื่นๆ อีกมากมาย

สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือสารประกอบประเภท IIIBV ได้มาจากการสังเคราะห์องค์ประกอบของกลุ่ม III และ V ของระบบธาตุของเมนเดเลเยฟ ในบรรดาสารประกอบประเภทนี้ AIP, AlAs, AlSb, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs และ InSb มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ที่น่าสนใจที่สุด ในคุณสมบัติหลายประการ สารประกอบเหล่านี้อยู่ใกล้กับธาตุเซมิคอนดักเตอร์กลุ่ม IV เจอร์เมเนียมและซิลิคอน ความคล่องตัวของผู้ให้บริการปัจจุบันในนั้นมีค่ามาก ช่องว่างของแถบของสารประกอบเหล่านี้บางชนิดก็มีขนาดใหญ่เช่นกัน สิ่งเจือปนที่เข้ามาเปลี่ยนกลไกการนำไฟฟ้า ดังนั้นอะตอมของกลุ่ม II บางอะตอมจึงทำหน้าที่เป็นตัวรับ และอะตอมของกลุ่ม VI จำนวนหนึ่งทำหน้าที่เป็นผู้บริจาค

อนุภาคตัวนำ (โมเลกุล อะตอม ไอออน) ที่ไม่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของกระแสจะอยู่ในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน และอนุภาคที่ก่อให้เกิดกระแสจะพร้อมกันในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนและทิศทางภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้การชนกันหลายครั้งจึงเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคที่ก่อตัวเป็นกระแสและอนุภาคที่ไม่มีส่วนร่วมในการก่อตัว ซึ่งอนุภาคแรกให้ส่วนหนึ่งของพลังงานของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าที่พวกมันถ่ายโอนไปยังอนุภาคหลัง ยิ่งมีการชนกันมากเท่าไร ความเร็วของการเคลื่อนที่ตามลำดับของอนุภาคที่ก่อตัวเป็นกระแสก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ดังจะเห็นได้จากสูตร ฉัน = enνSการลดความเร็วจะทำให้กระแสไฟลดลง ปริมาณสเกลาร์ที่แสดงคุณสมบัติของตัวนำเพื่อลดความแรงของกระแสเรียกว่า ความต้านทานของตัวนำจากสูตรความต้านทานกฎของโอห์ม โอห์ม - ความต้านทานของตัวนำซึ่งกระแสจะได้รับด้วยแรง 1 กที่แรงดันไฟฟ้าที่ปลายตัวนำใน 1 โวลต์

ความต้านทานของตัวนำขึ้นอยู่กับความยาวของมัน l, หน้าตัด S และวัสดุซึ่งมีลักษณะของความต้านทาน ยิ่งตัวนำยาวเท่าไร การชนกันของอนุภาคที่ก่อให้เกิดกระแสกับอนุภาคที่ไม่มีส่วนร่วมในการก่อตัวก็จะยิ่งมากขึ้นต่อหน่วยเวลา ดังนั้น ความต้านทานของตัวนำก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งส่วนตัดขวางของตัวนำเล็กลง การไหลของอนุภาคที่ก่อตัวเป็นกระแสก็จะยิ่งหนาแน่นขึ้น และบ่อยครั้งที่พวกมันชนกับอนุภาคที่ไม่มีส่วนร่วมในการก่อตัว ดังนั้น ความต้านทานของตัวนำก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า อนุภาคที่ก่อให้เกิดกระแสจะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร่งระหว่างการชน ทำให้พลังงานจลน์เพิ่มขึ้นเนื่องจากพลังงานของสนาม เมื่อชนกับอนุภาคที่ไม่ก่อให้เกิดกระแส พวกมันจะถ่ายโอนพลังงานจลน์บางส่วนไปให้พวกมัน เป็นผลให้พลังงานภายในของตัวนำเพิ่มขึ้นซึ่งแสดงออกมาภายนอกเมื่อได้รับความร้อน พิจารณาว่าความต้านทานของตัวนำเปลี่ยนแปลงไปเมื่อถูกความร้อนหรือไม่

ในวงจรไฟฟ้าจะมีขดลวดเหล็กเส้นหนึ่ง (สาย, รูปที่ 81, a) เมื่อปิดวงจรแล้วเราจะเริ่มให้ความร้อนกับสายไฟ ยิ่งเราให้ความร้อนมากเท่าไร กระแสแอมมิเตอร์ก็จะยิ่งแสดงน้อยลงเท่านั้น การลดลงนี้เกิดจากการที่เมื่อโลหะถูกให้ความร้อน ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นความต้านทานของเส้นผมของหลอดไฟเมื่อไม่ได้ติดไฟจึงอยู่ที่ประมาณ 20 โอห์มและเมื่อมันไหม้ (2900° C) - 260 โอห์ม. เมื่อโลหะถูกให้ความร้อน การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอิเล็กตรอนและอัตราการสั่นของไอออนในโครงตาข่ายคริสตัลจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้จำนวนการชนกันของอิเล็กตรอนที่ก่อให้เกิดกระแสด้วยไอออนเพิ่มขึ้น ทำให้ความต้านทานของตัวนำเพิ่มขึ้น * ในโลหะ อิเล็กตรอนที่ไม่อิสระจะถูกจับกับไอออนอย่างแน่นหนา ดังนั้น เมื่อโลหะถูกให้ความร้อน จำนวนอิเล็กตรอนอิสระจะไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติ

* (ตามทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ เป็นไปไม่ได้ที่จะได้กฎที่แน่นอนของการพึ่งพาความต้านทานต่ออุณหภูมิ กฎดังกล่าวกำหนดโดยทฤษฎีควอนตัมซึ่งอิเล็กตรอนถือเป็นอนุภาคที่มีคุณสมบัติเป็นคลื่นและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนการนำผ่านโลหะถือเป็นกระบวนการแพร่กระจายของคลื่นอิเล็กตรอนซึ่งความยาวจะถูกกำหนดโดย ความสัมพันธ์เดอ บรอกลี)

การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิของตัวนำจากสารต่าง ๆ เปลี่ยนแปลงตามจำนวนองศาที่เท่ากัน ความต้านทานของตัวนำจะเปลี่ยนไปไม่เท่ากัน เช่น ถ้าตัวนำทองแดงมีความต้านทาน 1 โอห์มจากนั้นหลังจากทำความร้อนแล้ว 1°ซเขาจะต่อต้าน 1.004 โอห์มและทังสเตน - 1.005 โอห์มเพื่อระบุลักษณะการพึ่งพาความต้านทานของตัวนำกับอุณหภูมิ จึงมีการแนะนำปริมาณที่เรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน ค่าสเกลาร์ที่วัดโดยการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของตัวนำ 1 โอห์มที่ 0 ° C จากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ 1 ° C เรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานα. ดังนั้น สำหรับทังสเตน ค่าสัมประสิทธิ์นี้จึงเท่ากับ 0.005 องศา -1สำหรับทองแดง - 0.004 องศา -1 .ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ สำหรับโลหะจะเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยตามอุณหภูมิ ด้วยช่วงอุณหภูมิที่น้อย จึงถือว่าคงที่สำหรับวัสดุที่กำหนด

ขอให้เราได้สูตรที่คำนวณความต้านทานของตัวนำโดยคำนึงถึงอุณหภูมิของมัน สมมุติว่า R0- ความต้านทานของตัวนำที่ 0°ซเมื่อได้รับความร้อนถึง 1°ซมันจะเพิ่มขึ้นตาม αอาร์ 0และเมื่อถูกความร้อนถึง ที°- บน αอาร์ต°และกลายเป็น R = R 0 + αR 0 เสื้อ°, หรือ

การพึ่งพาความต้านทานของโลหะต่ออุณหภูมินั้นถูกนำมาพิจารณาเช่นในการผลิตเกลียวสำหรับเครื่องทำความร้อนไฟฟ้า, โคมไฟ: ความยาวของลวดเกลียวและความแรงของกระแสไฟฟ้าที่อนุญาตจะคำนวณจากความต้านทานในสถานะที่ร้อน การพึ่งพาความต้านทานของโลหะต่ออุณหภูมินั้นใช้ในเทอร์โมมิเตอร์วัดความต้านทานซึ่งใช้ในการวัดอุณหภูมิของเครื่องยนต์ความร้อน กังหันก๊าซ โลหะในเตาถลุงเหล็ก ฯลฯ เทอร์โมมิเตอร์นี้ประกอบด้วยแผลเกลียวแพลตตินัมบาง ๆ (นิกเกิล เหล็ก) บนกรอบพอร์ซเลนและวางลงในกล่องป้องกัน ปลายของมันเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้าด้วยแอมป์มิเตอร์ซึ่งมีขนาดอยู่ที่ระดับอุณหภูมิ เมื่อคอยล์ถูกทำให้ร้อน กระแสในวงจรจะลดลง ส่งผลให้เข็มของแอมมิเตอร์เคลื่อนที่ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้อุณหภูมิ

ส่วนกลับของความต้านทานของส่วนวงจรที่เรียกว่า การนำไฟฟ้าของตัวนำ(การนำไฟฟ้า) ค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำ ยิ่งค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำมากเท่าใด ความต้านทานก็จะยิ่งต่ำลงและนำกระแสได้ดีขึ้นเท่านั้น ชื่อของหน่วยการนำไฟฟ้า ค่าการนำไฟฟ้าของความต้านทานของตัวนำ 1 โอห์มเรียกว่า ซีเมนส์

เมื่ออุณหภูมิลดลง ความต้านทานของโลหะจะลดลง แต่มีโลหะและโลหะผสมอยู่บ้าง ความต้านทานที่อุณหภูมิต่ำที่กำหนดสำหรับโลหะและโลหะผสมแต่ละชนิดจะลดลงอย่างรวดเร็วและมีขนาดเล็กลงจนแทบจะกลายเป็นศูนย์ (รูปที่ 81, b) มา ตัวนำยิ่งยวด- ตัวนำไม่มีความต้านทานในทางปฏิบัติและเมื่อมีกระแสไฟฟ้าตื่นเต้นอยู่เป็นเวลานานในขณะที่ตัวนำอยู่ที่อุณหภูมิของตัวนำยิ่งยวด (ในการทดลองครั้งหนึ่งกระแสไฟฟ้าถูกสังเกตมานานกว่าหนึ่งปี) เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำยิ่งยวดที่มีความหนาแน่น 1200 a / mm 2ไม่พบการปล่อยความร้อน โลหะชนิดเดียวซึ่งเป็นตัวนำกระแสไฟที่ดีที่สุด จะไม่ผ่านเข้าสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำมากซึ่งเป็นช่วงที่ทำการทดลอง ตัวอย่างเช่น ในการทดลองเหล่านี้ ทองแดงถูกทำให้เย็นลงถึง 0.0156°เคลวิน,ทอง - ก่อน 0.0204° เคหากเป็นไปได้ที่จะได้รับโลหะผสมที่มีความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิปกติ สิ่งนี้จะมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับวิศวกรรมไฟฟ้า

ตามแนวคิดสมัยใหม่ สาเหตุหลักของความเป็นตัวนำยิ่งยวดคือการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้ ที่อุณหภูมิตัวนำยิ่งยวด แรงแลกเปลี่ยนเริ่มกระทำระหว่างอิเล็กตรอนอิสระ ทำให้อิเล็กตรอนก่อตัวเป็นคู่อิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้ ก๊าซอิเล็กตรอนของคู่อิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้นั้นมีคุณสมบัติที่แตกต่างจากก๊าซอิเล็กตรอนธรรมดา - มันเคลื่อนที่ในตัวนำยิ่งยวดโดยไม่มีแรงเสียดทานบนโหนดของโครงตาข่ายคริสตัล