Однако, это было исторически сложившееся эмпирическое, но не физическое определение полупроводника.

Как показали дальнейшие более глубокие исследования электрических свойств твердотельных материалов, различия между полупроводниками и металлами имеют не только количественный, но и качественный характер.

Первым это обстоятельство отметил Фарадей, который в 1833 году обнаружил, что сульфат серебра имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления (ТКС < 0):

 

, (2)

 

где ∆ R = R ₂- R ₁ < 0; ∆ T = T ₂- T ₁ > 0; R = (R ₂+ R ₁)/2; R – сопротивление; Т – температура.

 

В то же время, для всех металлов α > 0.

 

Указанное отличие можно проиллюстрировать, сопоставляя качественные зависимости s от Т для металлов и собственных (беспримесных) полупроводников (Рис. 2).

 

 

 

Рисунок 2 – Температурные зависимости удельной электропроводности для металлов (1) и для собственных полупроводников (2)

 

Как видно из рисунка 2, для металлов с ростом Т величина s незначительно уменьшается, а следовательно ρ медленно растет (α > 0), в то время, как для полупроводников s экспоненциально растет с увеличением Т (ρ существенно уменьшается, т.е. α < 0).

 

(3)

 

 

.

Соответствующий график приведен на рисунке 3. Преобразуя соотношение (3), указанную энергию активации проводимости можно рассчитать по экспериментальному графику, качественно подобному приведенному на Рис. 3, следующим образом

 

. (4)

 

Рисунок 3 – Температурная зависимость удельной электропроводности полупроводника и способ определения по ней энергии активации проводимости

 

Однако, в настоящее время хорошо известна ограниченность и указанного выше критерия по знаку температурного коэффициента сопротивления α (соотношение (2)), поскольку в определенном температурном интервале и при наличии некоторого определенного количества чужеродных примесных атомов удельная электропроводность полупроводника может уменьшаться, а следовательно, ρ - увеличиваться с ростом температуры. Но при дальнейшем повышении Т всегда можно достичь такой точки, выше которой s опять увеличивается, а следовательно, ρ - уменьшается с ростом Т (Рис. 4).

 

 

Рисунок 4 - Температурные зависимости удельной электропроводности для собственного полупроводника (1) и для примесного полупроводника (2)

 

С другой стороны, некоторые заведомо металлические пленки, а иногда даже массивные поликристаллические металлы обнаруживают отрицательный ТКС. Теперь известно, что этот эффект связан с наличием полупроводниковой оксидной пленки на межкристаллитных границах, но в свое время из-за отрицательного ТКС, присущего поликристаллическим титану и цирконию, указанные металлы были отнесены к числу полупроводников.

Вместе с тем, по мере накопления экспериментальных фактов при исследовании все более химически чистых веществ отчетливее вырисовывалась совокупность критериев, по которым к полупроводникам причислялись действительно заслуживающие этого материалы.

К концу XIX – началу XX века удалось установить, что наиболее существенной особенностью полупроводников является их способность изменять свои свойства в чрезвычайно широких пределах под влиянием различных воздействий: температуры, освещения, электрического и магнитного полей, внешнего гидростатического давления и т.п. При этом параметры полупроводников в отличие от металлов могут изменяться на много порядков величины.

Столь большая чувствительность полупроводников к воздействию внешних факторов и обусловила их широкое применение в различных областях техники.

Чувствительность к температуре лежит в основе действия таких полупроводниковых приборов, как терморезисторы, изменение сопротивления которых до 5% на градус, что примерно в 20 раз больше, чем у металлов, а это позволяет использовать такие терморезисторы, именуемые термисторами, как эффективные датчики температуры.

На большой чувствительности к свету основано действие полупроводниковых фотоприемников.

Высокая чувствительность к слабым электрическим сигналам позволила создать полупроводниковые диоды и транзисторы.

Чувствительность к магнитному полю используют при создании различных полупроводниковых датчиков углов поворота, ускорения, величины индукции магнитного поля.