半导体电阻随温度变化的关系主要取决于材料类型:导体电阻随温度升高而增大(正温度系数),而半导体电阻随温度升高而减小(负温度系数)。这种差异源于载流子浓度和迁移率在不同材料中的变化机制。
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导体的电阻-温度特性
金属导体中,自由电子是主要载流子。温度升高时,晶格振动加剧,电子散射概率增加,导致迁移率下降,电阻呈线性增大。例如铜的电阻温度系数约为0.0039/℃。 -
半导体的电阻-温度特性
半导体电阻受两个因素共同影响:- 本征激发:温度升高使价带电子跃迁至导带,载流子(电子-空穴对)浓度指数级增加,导电性显著增强。
- 迁移率变化:高温下晶格散射虽会降低迁移率,但载流子浓度上升起主导作用,总体表现为电阻减小。硅在室温附近的温度系数约为-0.07/℃。
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实际应用中的差异
- 导体(如铂)常用于制作温度传感器(RTD),依赖其稳定的正温度系数。
- 半导体(如热敏电阻)利用负温度系数实现高灵敏度测温,适用于电路保护或温度补偿。
理解这一特性对电子器件选型至关重要:高温环境下需谨慎选择导体线路以避免过热,而半导体器件则可通过自调节特性适应温度波动。