最全的热电效应 名词解释

塞贝克效应：1821年，德国物理学家塞贝克发现，在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中会产生一个电势，此所谓“塞贝克效应”。

塞贝克后来还对一些金属材料做出了测量，并对35种金属排成一个序列（即Bi-Ni-Co-Pd-U-Cu-Mn-Ti-Hg-Pb-Sn-Cr-Mo-Rb-Ir-Au-Ag-Zn-W-Cd-Fe-As-Sb-T e-……），并指出，当序列中的任意两种金属构成闭合回路时，电流将从排序较前的金属经热接头流向排序较后的金属。

1834年，法国实验科学家帕尔帖发现了它的反效应：珀尔帖效应。

珀尔帖效应：当有电流通过不同的导体组成的回路时,除产生不可逆的焦耳热外,在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。

这是J.C.A.珀耳帖在1834年发现的。

如果电流由导体1流向导体2，则在单位时间内,接头处吸收/放出的热量与通过接头处的电流密度成正比。

12称为珀耳帖系数[1]，与接头处材料的性质及温度有关。

这一效应是可逆的，如果电流方向反过来，吸热便转变成放热。

汤姆孙效应：汤姆逊利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和帕尔帖效应进行了全面分析，并将本来互不相干的塞贝克系数和帕尔帖系数之间建立了联系。

汤姆逊认为，在绝对零度时，帕尔帖系数与塞贝克系数之间存在简单的倍数关系。

在此基础上，他又从理论上预言了一种新的温差电效应，即当电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要吸收或放出一定的热量（称为汤姆孙热）。

或者反过来，当一根金属棒的两端温度不同时，金属棒两端会形成电势差。

这一现象后叫汤姆逊利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和帕尔帖效应进行了全面分析，并将本来互不相干的塞贝克系数和帕尔帖系数之间建立了联系。

汤姆逊认为，在绝对零度时，帕尔帖系数与塞贝克系数之间存在简单的倍数关系。

在此基础上，他又从理论上预言了一种新的温差电效应，即当电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要吸收或放出一定的热量（称为汤姆孙热）。

或者反过来，当一根金属棒的两端温度不同时，金属棒两端会形成电势差。

这一现象后叫汤姆孙效应（Thomson effect），成为继塞贝克效应和帕尔帖效应之后的第三个热电效应（thermoelectric effect）。

汤姆逊效应是导体两端有温差时产生电势的现象，帕尔帖效应是带电导体的两端产生温差（其中的一端产生热量，另一端吸收热量）的现象，两者结合起来就构成了塞贝克效应。

汤姆逊效应的物理学解释是：金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大。

像气体一样，当温度不均匀时会产生热扩散，因此自由电子从温度高端向温度低端扩散，在低温端堆积起来，从而在导体内形成电场，在金属棒两端便形成一个电势差。

这种自由电子的扩散作用一直进行到电场力对电子的作用与电子的热扩散平衡为止。

（Thomson effect），成为继塞贝克效应和帕尔帖效应之后的第三个热电效应（thermoelectric effect）。

汤姆逊效应是导体两端有温差时产生电势的现象，帕尔帖效应是带电导体的两端产生温差（其中的一端产生热量，另一端吸收热量）的现象，两者结合起来就构成了塞贝克效应。

汤姆逊效应的物理学解释是：金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大。

像气体一样，当温度不均匀时会产生热扩散，因此自由电子从温度高端向温度低端扩散，在低温端堆积起来，从而在导体内形成电场，在金属棒两端便形成一个电势差。

这种自由电子的扩散作用一直进行到电场力对电子的作用与电子的热扩散平衡为止。

帕尔帖系数：电流的方向决定了吸收还是产生热量，发热（制冷）量的多少与电流的大小成正比，比例系数称为“帕尔帖系数”。

Q=л·I=a·T c·I，其中л=a·T c式中：Q——放热或吸热功率π——比例系数，称为珀尔帖系数I——工作电流a——温差电动势率Tc——冷接点温度热力学三大定律：热力学第一定律是能量守恒定律。

热力学第二定律有几种表述方式：克劳修斯表述热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物；开尔文-普朗克表述不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响。

热力学第三定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零。

或者绝对零度（T=0K）不可达到。

热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，那么它们也必定处于热平衡。

热力学第二定律有几种表述方式：克劳修斯表述热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体；开尔文-普朗克表述不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响。

熵表述随时间进行，一个孤立体系中的熵总是不会减少。

N型半导体也称为电子型半导体。

N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。

在纯净的硅晶体中掺入Ⅴ族元素（如磷、砷、锑等），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。

这类杂质提供了带负电（Negative）的电子载流子，称他们为施主杂质或n型杂质。

在N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电，由于N型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故N型半导体呈电中性。

自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。

掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强。

P型半导体也称为空穴型半导体。

P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。

无杂质半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成P型半导体。

在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。

由于P型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故P型半导体呈电中性。

空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。

掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。

半导体中的杂质对电阻率的影响非常大。

半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产加的杂质能级。

例如四价元素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时，杂质原子作为晶格的一分子，其五个价电子中有四个与周围的锗（或硅）原子形成共价结合，多余的一个电子被束缚于杂质原子附近，产生类氢能级。

杂质能级位于禁带上方靠近导带底附近。

杂质能级上的电子很易激发到导带成为电子载流子。

这种能提供电子载流子的杂质称为施主，相应能级称为施主能级。

施主能级上的电子跃迁到导带所需能量比从价带激发到导带所需能量小得多（图2）。

在锗或硅晶体中掺入微量三价元素硼、铝、镓等杂质原子时，杂质原子与周围四个锗（或硅）原子形成共价结合时尚缺少一个电子，因而存在一个空位，与此空位相应的能量状态就是杂质能级，通常位于禁带下方靠近价带处。

价带中的电子很易激发到杂质能级上填补这个空位，使杂质原子成为负离子。

价带中由于缺少一个电子而形成一个空穴载流子（图3）。

这种能提供空穴的杂质称为受主杂质。

存在受主杂质时，在价带中形成一个空穴载流子所需能量比本征半导体情形要小得多。

半导体掺杂后其电阻率大大下降。

加热或光照产生的热激发或光激发都会使自由载流子数增加而导致电阻率减小，半导体热敏电阻和光敏电阻就是根据此原理制成的。

对掺入施主杂质的半导体，导电载流子主要是导带中的电子，属电子型导电，称N型半导体。

掺入受主杂质的半导体属空穴型导电，称P型半导体。

半导体在任何温度下都能产生电子-空穴对，故N型半导体中可存在少量导电空穴，P型半导体中可存在少量导电电子，它们均称为少数载流子。

在半导体器件的各种效应中，少数载流子常扮演重要角色。

氧化物半导体（oxide semiconductor）具有半导体特性的一类氧化物。

氧化物半导体的电学性质与环境气氛有关。

导电率随氧化气氛而增加称为氧化型半导体，是p型半导体；电导率随还原气氛而增加称为还原型半导体，是n型半导体；导电类型随气氛中氧分压的大小而成p型或n型半导体称为两性半导体。

非单晶氧化物可用纯金属高温下直接氧化或通过低温化学反应(如金属氯化物与水的复分解反应)来制备。

氧化物单晶的制备有焰熔法、熔体生长法和气相反应生长法。

氧化物半导体ZnO、CdO、SnO2等常用于制造气敏元件，Fe2O3、Cr2O3、Al2O3等常用于制造湿敏元件；SnO2膜用于制做透明电极等。

非晶半导体amorphous semiconductor[1]具有半导体特性的非晶体组成的材料，如α-硅、α-锗、α-砷化镓、α-硫化砷、α-硒等非晶材料。

这类材料，原子排列短程有序，长程无序。

又称无定形半导体。

部分称作玻璃半导体。

非晶半导体按键合力的性质分为共价键非晶半导体和离子键非晶半导体两类。

可用液相快冷方法和真空蒸发或溅射的方法制备。

工业上用于制备非晶半导体件，如太阳能电池、传感器、光盘、薄膜晶体管等。

：非晶材料英文名称：amorphous materials 结构长程无序、没有晶体周期性的固体材料。

施主指掺入半导体中能提供导电电子而改变其导电性能的一类杂质.其能级应该叫做施主能级。

例如，掺入半导体锗和硅中的五价元素砷、磷等原子都是施主.如果在某一半导体的杂质总量中，施主的总量占多数，则这类半导体是N型半导体。

受主掺入半导体中的一类杂质或缺陷，它能接受半导体中的价带电子，产生同数量的空穴，从而改变半导体的导电性能.例如，掺入半导体锗和硅中的三价元素硼、镓等原子都是受主.如果某一半导体的杂质总量中，受主的数量占多数，则这半导体是P型半导体.，这种杂质或缺陷叫做受主[1]，其能级叫做受主能级。

价带中的电子如获得一定能量，可以跳到受主能级上，同时价带中出现一个空穴。

这一过程也可以理解为：束缚在受主能级上的空穴获得一定能量后进入价带，成为自由空穴，这一能量叫做空穴的电主取胜。

电离能小的受主能级是浅受主能级，电离能大的是深受主能级。

在能级图上空穴能量是向下增加的，受主能级在价带顶上方。

硼、铝、铟、镓是锗、硅中的浅受主能级杂质。

硼、铝、铟、镓也称为锗、硅中的P型杂质。

深能级受主可能成为电子陷阱或复合中心。

价带（valence band）或称价电带，通常是指半导体或绝缘体中，在绝对零度下能被电子占满的最高能带。

对半导体而言，此能带中的能级基本上是连续的。

全充满的能带中的电子不能在固体中自由运动。

但若该电子受到光照，它可吸收足够能量而跳入下一个容许的最高能区，从而使价带变成部分充填，此时价带中留下的电子可在固体中自由运动。

价带中电子的自由运动对于与晶体管有关的现象是很重要的。

被价电子占据的允带（低温下通常被价电子占满）。

能带结构在固体物理学中，固体的能带结构[1]（又称电子能带结构）描述了禁止或允许电子所带有的能量，这是周期性晶格中的量子动力学电子波衍射引起的。