《半导体的热电性质》ppt课件

1、半半 导导 体体 物物 理理(Semiconductor (Semiconductor Physics)Physics)主主 讲讲 ： 彭彭 新新 村村信工楼519室，87940615 : xcpengecit东华理工机电学院 电子科学与技术第十一章 半导体的热电性质 11.1 11.1 半导体热电效应的物了解释半导体热电效应的物了解释 11.2 11.2 半导体热电效应的实践运用半导体热电效应的实践运用11.1 11.1 半导体热电效应的物了解释半导体热电效应的物了解释一、单一半导体单一载流子的温差电动势效应一、单一半导体单一载流子的温差电动势效应 思索以下图所示均匀掺杂的p型半导体，两端与

2、金属以欧姆接触线性I-V特性相接，两端温度分别为T0、T0+T，在半导体内部构成均匀的温度梯度。假定在T0 与T0+T温度下半导体均未到达饱和电离区，根据公式(3-46)，多数载流子浓度随温度指数添加。因此，低温端附近载流子浓度比高温端附近低，空穴便从高温端向低温端分散，在低温端积累了空穴整体带正电，高温端留下电离施主杂质空间电荷，整体带负电，半导体内部构成自低温端指向高温端的电场。在电场作用下，空穴又向高温端方向漂移，当空穴的漂移与分散运动相平衡时到达稳定形状。这时在半导体内部有稳定的电场，两端构成一定的电势差，这就是由于温度梯度引起的温差电动势 。金属金属金属金属T0T0+TP型半导体型半

3、导体+- 对于对于n型半导体，其温差电动势效应的物理过程与型半导体，其温差电动势效应的物理过程与p型半导体类似，型半导体类似，区别为温差电动势是电子从高温端向低温端分散而导致的，电场的方向区别为温差电动势是电子从高温端向低温端分散而导致的，电场的方向是由高温端指向低温端。是由高温端指向低温端。金属金属金属金属T0T0+Tn型半导体型半导体-+11.1 11.1 半导体热电效应的物了解释半导体热电效应的物了解释二、单一半导体两种载流子的温差电动势效应二、单一半导体两种载流子的温差电动势效应 思索以下图所示均匀掺杂的半导体，两端温度分别为思索以下图所示均匀掺杂的半导体，两端温度分别为T0与与T0+

4、T，在半导体内部构成均匀的温度梯度。由于温度添加时，热激发加强，两在半导体内部构成均匀的温度梯度。由于温度添加时，热激发加强，两种载流子的浓度都会添加。因此，低温端附近载流子浓度均比高温端附种载流子的浓度都会添加。因此，低温端附近载流子浓度均比高温端附近低，空穴与电子均从高温端向低温端分散。前者的分散会构成低温端近低，空穴与电子均从高温端向低温端分散。前者的分散会构成低温端高于高温端电势的温差电动势高于高温端电势的温差电动势p，后者的分散会构成低温端低于高，后者的分散会构成低温端低于高温端电势的温差电动势温端电势的温差电动势n 。由于电子与空穴的浓度梯度、分散系数、。由于电子与空穴的浓度梯度、

5、分散系数、迁移率等物理参量不同，实际上迁移率等物理参量不同，实际上p与与n大小不同，因此样品两端的总温大小不同，因此样品两端的总温差电动势大小应为差电动势大小应为|p-n |，方向那么由，方向那么由p与与n的大小决议。的大小决议。 金属金属金属金属T0T0+T均匀掺杂半导体均匀掺杂半导体-+n+-p三、两种半导体的温差电动势效应三、两种半导体的温差电动势效应塞贝克效应塞贝克效应 思索两种掺杂浓度不同的n型半导体a、b组成的闭合回路，假定nanb，在A、B两个接触点就会发生电子分散，单位时间内由半导体a分散到半导体b的电子数要比b分散到a中的电子数多，半导体a因失去电子带正电，半导体b因得到电子

6、带负电，于是在接触处便构成了电位差，该电位差称为接触电势。设A、B两处的接触电势分别为A、B 。实际证明，接触电势是与温度成正比的。显然A、B两端温度一样时，A=B ，此时整个回路的电势差因两者相互抵消而为0。假设A端温度为T0，B端温度为T0+T，那么回路的总电势差应为B-A，回路中有电流流过。这种效应是于1821年由塞贝克发现的，故称为塞贝克效应，产生的温差电动势也称为塞贝克电动势。11.1 11.1 半导体热电效应的物了解释半导体热电效应的物了解释abAB-+-+ABT0T0+TB-A四、半导体的珀尔帖效应四、半导体的珀尔帖效应 思索以下图所示两种掺杂浓度不同的n型半导体a、b组成的闭合

7、回路，假定nanb，在A、B接触处便有接触电势A、B 。假设给整个回路加上外加电源，回路中便有如下图的电流流过，电子的漂移运动方向与电场相反。当电子经过A处时，要抑制A大小的反向电势就需求吸收一定的能量，即热能；当电子经过B处时，遭到B大小的正向电势的作用，能量降低，因此会放出热能。这种在接头A、B处分别发生的吸热和放热的景象称为珀尔帖效应，是于1834年由珀尔帖初次发现的。11.1 11.1 半导体热电效应的物了解释半导体热电效应的物了解释abAB-+-+AB外加电源：I电势能降低，放热电势能添加，吸热发生塞贝克效应与珀尔帖效应的条件：发生塞贝克效应与珀尔帖效应的条件：1假设构成回路的是两种掺杂浓度一样的半导体，那么在接触处不会产生接触电势，此时即使两结点温度不同也不会产生温差电动势效应。因此，需求采用浓度不同的两种半导体或者两种不同的导体资料。2对与塞贝克效应，结点间必需有温度差，否那么两结点的温度一样时，它们的接触电势也一样，总温差电动势也为0。五、半导体的汤姆逊效应五、半导体的汤姆逊效应 思索以下图所示的均匀温度梯度的n型半导体，两端会产生如下图的温差电动势。假设两端加上电源，那么回路中有如下图的电流，电子的漂移运动方向与电流方向相反，电子经过半导体时，由于遭到正向温差电动势的作用，电势能会降低，因此会放处热量；同理，假设外加电源的正负极反向衔接，那么会吸热。这种景象即