Question

金属的电阻率随温度升高而增大,半导体的电阻率为什么随温度升高而减小?

Answer 1

这个需要一点固体物理和量子力学的概念.我刚好学习过:)
金属的电阻机理:实际上,金属的晶格规则排列;金属的电子在金属内部的填充方式使得有一部分电子能够比较自由(我们称金属的一个价带是半满的,在这个价带内填充的电子参与导电).它们在规则的晶格里面用量子力学的计算结果得到一个振幅并不衰减的BLOCH波,说明晶格并没有阻碍电子的运动.金属电阻的机制是,一个是晶格振动(金属晶体总有温度)这样晶格偏离规则的排列(BRAVIAS点阵排列),造成电子的BLOCH波有散射,形成电阻;另一个原因是金属晶体不纯净,有杂质,这样也参与破坏了这个BRAVIAS点阵排列,对BLOCH波有散射.温度越高,晶格振动越激烈,对点阵的偏离越大,这样对BLOCH波的散射越厉害.这样,金属的电阻率就增大了,随着温度的升高.
半导体:半导体有好几种.你说的那种半导体,里面的电子填充使得只有很少部分电子处于导电的能带(就是这些电子的能量都差不太多,在一个能量区间内几乎连续取值.有些能量的区间,电子是不允许处于其中的,这就不是能带.每一条能带只能填充有限个电子(PAULI原理)当中.下面的(能量比较低的)能带都已经被填满,它们并不参与导电.随着温度升高,下面这些能带中有些电子被摇(热激发)到上面那个没怎么被填充电子的能带当中(那个是导带) ,这样,留下的空穴和摇到上面的电子都能参与导电,所以随温度升高,它的导电能力增强了