半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)
指應(yīng)力作用下半導(dǎo)體電阻率的變化。在一些半導(dǎo)體中有相當(dāng)大的壓阻效應(yīng),這與半導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)。
壓阻效應(yīng)是各向異性的,要用壓阻張量 (四階張量)來(lái)描述,它與電阻率變量張量[kg2]kg2(二價(jià)張量)和應(yīng)力張量(二階張量)有如下關(guān)系:[16-02]16-02:由于對(duì)稱二階張量只有六個(gè)獨(dú)立分量, 故亦可表達(dá)成[16-03]16-03這樣,壓阻張量可用6×6個(gè)的分量來(lái)表達(dá)。根據(jù)晶體對(duì)稱性,像鍺、硅及絕大多數(shù)其他立方晶系的半導(dǎo)體,壓阻張量只有三個(gè)不等于零的分量,即、和。
測(cè)量壓阻效應(yīng),通常有兩類簡(jiǎn)單加應(yīng)力的方法:①流體靜壓強(qiáng)效應(yīng)。這時(shí)不改變晶體對(duì)稱性,并可加很大的壓強(qiáng)。鍺、硅的電阻率都隨壓強(qiáng)增大而變大。②切應(yīng)力效應(yīng)。利用單軸拉伸或壓縮,這時(shí)會(huì)改變晶體對(duì)稱性。壓阻系數(shù)[kg2]kg2/,與外力方向、電流方向及晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。對(duì)鍺、硅,壓阻系數(shù)如下表所示:[]
20世紀(jì)50年代起,壓阻效應(yīng)測(cè)量曾作為研究半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)和電子散射過(guò)程的一種實(shí)驗(yàn)手段,對(duì)闡明鍺、硅等主要半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)起過(guò)作用。鍺和硅的導(dǎo)帶底位置不同,故其壓阻張量的分量大小情況也不同。N型鍺的比大得多,而N型硅的卻比大。這表明鍺導(dǎo)帶底在<111>方向上,硅導(dǎo)帶底在<100>方向上。對(duì)于P型半導(dǎo)體,也有過(guò)一些工作。利用壓阻測(cè)量和別的實(shí)驗(yàn)(例如回旋共振等),取得一系列結(jié)果,對(duì)鍺、硅等的能帶結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)具體化了。
現(xiàn)在,半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)已經(jīng)應(yīng)用到工程技術(shù)中,采用集成電路工藝制造的硅壓阻元件(或稱壓敏元件),可把力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),其體積小、精度高、反應(yīng)快、便于傳輸。