導(dǎo)體和絕緣體

自“漲知識啦”第一講發(fā)布之后，引起了很大的反響，有網(wǎng)友在后臺留言說對半導(dǎo)體材料概念不太清楚，不知如何區(qū)分，因此，本周小賽將向大家講解導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的概念與區(qū)別。

固體根據(jù)導(dǎo)電性可劃分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體，其劃分和其能帶電子填充情況有關(guān)。在形成固體材料前，孤立原子外圍電子受原子核勢場的影響，在原子能級上規(guī)律排布，形成電子軌道。當(dāng)原子逐漸靠近形成固體時，原子間電子軌道逐漸交疊，單個電子能級將被分裂成多個電子能級形成能帶，原子間距離越近，能級分裂越嚴重。

從示意圖中可以看到，分裂后的能帶對應(yīng)于不同的電子軌道，原子內(nèi)層電子軌道對應(yīng)能量低的能帶，電子首先填滿能量低的能級，被電子填滿的能帶稱為滿帶或價帶，無電子填充的能帶稱為空帶或?qū)?，價帶與導(dǎo)帶之間無能級分布區(qū)域稱為禁帶。下圖為熱力學(xué)溫度為零時三種材料能帶示意圖。

絕緣體與半導(dǎo)體形成的能帶結(jié)構(gòu)相似，下面是被電子占滿的價帶，上方是未被電子占據(jù)的導(dǎo)帶。當(dāng)外界溫度升高或有光照射時，價帶頂?shù)纳倭侩娮訉漳芰吭竭^禁帶被激發(fā)到無電子占據(jù)的空帶，導(dǎo)帶底部將會有少量電子存在，價帶頂同時也留下了電子空位，此時在外加電場下，導(dǎo)帶中的電子和價帶中的電子空位將同時參與導(dǎo)電，這些價帶中的電子空位被稱為空穴。半導(dǎo)體和絕緣體的主要區(qū)別是禁帶寬度，絕緣體的禁帶寬度較大，在一般條件下，能夠被激發(fā)到導(dǎo)帶的電子很少，導(dǎo)電性很差。而金屬能帶中價電子占據(jù)部分能級，為半滿帶，因此金屬具有較好的導(dǎo)電性能。