导体、半导体与绝缘体
涨知识了第2讲-金属、半导体、绝缘体
涨知识啦2—导体、半导体和绝缘体
自“涨知识啦”第一讲发布之后，引起了很大的反响，有网友在后台留言说对半导体材料概念不太清楚，不知如何区分，因此，本周小赛将向大家讲解导体、半导体和绝缘体的概念与区别。
固体根据导电性可划分为导体、半导体和绝缘体，其划分和其能带电子填充情况有关。
在形成固体材料前，孤立原子外围电子受原子核势场的影响，在原子能级上规律排布，形成电子轨道。
当原子逐渐靠近形成固体时，原子间电子轨道逐渐交叠，单个电子能级将被分裂成多个电子能级形成能带，原子间距离越近，能级分裂越严重。
从示意图中可以看到，分裂后的能带对应于不同的电子轨道，原子内层电子轨道对应能量低的能带，电子首先填满能量低的能级，被电子填满的能带称为满带或价带，无电子填充的能带称为空带或导带，价带与导带之间无能级分布区域称为禁带。
下图为热力学温度为零时三种材料能带示意图。
绝缘体与半导体形成的能带结构相似，下面是被电子占满的价带，上方是未被电子占据的导带。
当外界温度升高或有光照射时，价带顶的少量电子将会吸收能量越过禁带被激发到无电子占据的空带，导带底部将会有少量电子存在，价带顶同时也留下了电子空位，此时在外加电场下，导带中的电子和价带中的电子空位将同时参与导电，这些价带中的电子空位被称为空穴。
半导体和绝缘体的主要区别是禁带宽度，绝缘体的禁带宽度较大，在一般条件下，能够被激发到导带的电子很少，导电性很差。
而金属能带中价电子占据部分能级，为半满带，因此金属具有较好的导电性能。
（资料来源：半导体物理，刘恩科著）。
导体半导体和绝缘体的能带论解释
导体半导体和绝缘体的能带论解释篇一：嘿，朋友！你知道吗？在神奇的物理世界里，导体、半导体和绝缘体可有着超级有趣的秘密，而能带论就是解开这些秘密的关键钥匙！咱先来说说导体。
你想想看，导体就像是一条畅通无阻的高速公路，电子在上面能自由地奔跑，毫无阻碍。
为啥呢？因为导体的能带结构就决定了这一点！导体的价带和导带是部分重叠的，这意味着电子不需要额外的能量就能轻松地从价带跃迁到导带，然后欢快地流动起来，形成电流。
这难道不神奇吗？就好像你在游乐场里，不需要排队等待，直接就能坐上最刺激的过山车一样！再看看半导体，它就像是一个有点小脾气的家伙。
半导体的价带和导带之间有个能隙，不过这个能隙比较小。
这就像是有一道小门槛，电子要费点劲才能跨过去。
在常温下，只有一小部分电子有足够的能量跨越这个能隙，进入导带参与导电。
这是不是有点像一群小伙伴要翻过一个不太高的墙去探险，只有几个勇敢又有力气的能翻过去？而绝缘体呢，那简直就是一堵高高的围墙！绝缘体的能隙非常大，电子几乎没办法跨越这个巨大的鸿沟。
所以在一般情况下，电流在绝缘体中几乎无法通过，就好像你想翻过一座高耸入云的山峰，那几乎是不可能的事儿！有一次，我和几个物理爱好者朋友一起讨论这个话题。
小李就说：“这导体就像是个热情奔放的舞者，随时都能展现出灵动的舞姿。
”小王接着道：“那半导体岂不是个犹豫不决的孩子，有时候能勇敢地迈出一步，有时候又缩回去了。
”我笑着回应：“哈哈，那绝缘体就是个顽固的老头，把一切都拒之门外！”咱再深入想想，这导体、半导体和绝缘体的能带特性，在我们的日常生活中可有着大用处呢！比如半导体，它被广泛应用在各种电子设备里，像手机、电脑的芯片，不就是利用了半导体的特性嘛！所以啊，通过能带论来理解导体、半导体和绝缘体，就像是打开了一扇通往微观世界的神奇大门。
我们能更清楚地看到物质内部的奥秘，也能更好地利用这些特性来创造更美好的科技生活。
总之，导体、半导体和绝缘体的能带论解释让我们对物质的导电性能有了更深刻的认识，也为我们探索和利用材料的特性提供了有力的理论支持。
导体、半导体和绝缘体的能带论解释
原因是明显的：在4.2节已经指出，周期场的微扰使布里 渊区附近界面内的能量下降，而等能面的凸出正意味着达 到同样的能量E ，需要更大的k 值，当能量E超过边界上A 点的能量EA，一直到E 接近于在顶角C点的能量EC（即达 到第一能带的顶点）时，等能面将不再是完整的闭合面， 而成为分割在各个顶角附近的曲面。
导体含有不满带；只有满带和空带的材料为非 导体，其中禁带宽度大于5eV 的材料为绝缘体， 禁带宽度为约1 至3eV 的材料为半导体。二价的 晶体中，一般只有满带和空带，为非导体；但 是，二价金属材料中，由于最高的满带与最低 的空带发生了交叠，出现了不满带而成为导体。
三、导体、半导体和绝缘体的能带
由此我们给出对近自由电子能态密度的估计：在能量没有 接近EA时，N(E)和自由电子的结果相差不多，随着能量的 增加，等能面一个比一个更加强烈地向外突出，态密度也 超过自由电子，在EA处达到极大值，之后，等能面开始残 破，面积开始下降，态密度下降，直到EC时为零。所以近 自由电子近似下的N(E)如图所示。
二、不同能带的导电性
2、不满带电子在无阻尼情况下也不导电 ✓ 不满带中的电子，若无外 电场作用，其平衡分布在 空 间是对称的，与满带情况类 似，电子电流相互抵消，无 宏观定向流动。 ✓在稳恒外电场作用下，无阻尼的晶体电子的运动 是布洛赫振荡，电子在实空间的局域振荡也没有 宏观定向流动，即不满带电子在无阻尼情况下也 不导电。
ki k
I(k ) (e)(k ) 0
所以， k 态缺失电子的近满带电子电流为
I(k ) e(k )
四、近满带和空穴
上式表明， k 态缺失电子的近满带电子电流，等效于一个正
电荷产生的电流，其运动速度等于 k 态电子的速度。这种等
无机材料物理性能考题-08
无机材料物理性能考试题一、简答题（30分）1.比较陶瓷材料在受张应力作用时，名义应变与实际应变的大小。
2.阐述粘弹性的概念；或说出陶瓷材料σmax=(a/ρ)1/2的含义。
3.说明材料的塑性形变与应变硬化现象。
4.说明延性--脆性转变温度（DBTT）在材料设计与选型中的作用。
5.说明材料厚度对断裂韧性的影响。
6.什么是材料的疲劳破坏。
7.写出下列方程式中各符号的含义σ=Nqμ,J=σE.8.简要说明四种极化形式及对材料光学与介电性能之影响9.说明压电效应其应用。
10.简要说明光导纤维的全反射原理。
二、计算与证明题（40分）1.证明ε=ε0+P/ξ2.已知BaTiO3电介质的极板间距d＝0.02cm，在3kV时，电量为10C，请设计该电容，BaTiO3的介电强度为120V/m。
3.若Ge与ZnO的禁带宽度分别为（Eg）0.67eV和3.2eV，计算使之产生光导的波长.4.一柱状材料受到100MPa的拉应力，变形前后的尺寸分别为Φ10×40mm 和Φ9.9986×40.019mm,若变形后材料的保持弹性，计算该材料的弹性模量，剪切模量及泊松比。
5、己知ρ(T)＝ρ0[1+αe△T],μe=1.22×10-3m2/VS(T=250C),αe =0.00429(0C)-1；求1500C时该导体中的电子迁移率。
6、已知ɛ＝α△T，一根铝杆和一根尼龙杆在20℃时同长，其弹性模量分别是70GPa，线膨胀系数分别是25×10-6和80×10-6℃-1.着两杆均受到5MPa的热应力，计算二杆同长时的温度。
三、论述题（30分）1、比较金属，陶瓷与有机高分子材料的应力--应变特性。
σdɛ,可视作单位体积的能量，或韧性；说明它与KIc＝σ(π2、若U=ʃεa)1/2的关系.3、比较Inglis 孔板理论与Griffith微裂纹理论。
4、举例说明一种断裂韧性测试的方法5、说明电子电导与离子电导的温度系数。
导体半导体和绝缘体的区别
导体、半导体和绝缘体的区别导体、半导体和绝缘体的区别我们知道导体是导电的那么为什么导体会导电而绝缘体又不会呢？同时我们也经常见到个词叫半导体。
半导体又是什么？那么接下来我们先来了解下他们是什么。
在了解完后再来说他们的区别吧。
导体是什么?导体(conductor)是指电阻率很小且易于传导电流的物质。
导体中存在大量可自由移动的带电粒子称为载流子。
在外电场作用下，载流子作定向运动，形成明显的电流。
金属是最常见的一类导体。
金属原子最外层的价电子很容易挣脱原子核的束缚，而成为自由电子，留下的正离子(原子实)形成规则的点阵。
金属中自由电子的浓度很大，所以金属导体的电导率通常比其他导体材料的大。
金属导体的电阻率一般随温度降低而减小。
在极低温度下，某些金属与合金的电阻率将消失而转化为“超导体”。
半导体是什么?半导体( semiconductor)，指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。
半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。
如二极管就是采用半导体制作的器件。
半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。
无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。
今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。
定义物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。
我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。
而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。
可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。
与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。
本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。
导体半导体绝缘体的导电原理
导体半导体绝缘体的导电原理导体、半导体和绝缘体，这几个词一听就有点复杂，但其实道理简单得很。
想象一下，导体就像一条热腾腾的火锅，里面的食材自由自在地在汤里翻滚。
铜、铝这些金属就是真正的火锅大厨，它们的电子像小朋友一样，在里面欢快地游来游去，随时准备传递电流。
你一插电，立马就能点亮灯泡，简直是瞬间变魔术。
再说半导体，它就像是一块精致的蛋糕，甜中带点咸。
这个家伙可调皮了，不像导体那么直接。
它有时候能导电，有时候又不行。
硅就是个典型的例子。
它在温暖的日子里表现得很听话，电子们活跃得不得了，可是一到冷天，就懒洋洋的，完全不想工作。
这种特性让它在电子产品中大显身手，比如手机、电脑里都有它的身影，真是个了不起的家伙。
说到绝缘体，那就像是个坚不可摧的堡垒，保护着里面的一切。
塑料、玻璃这些材料，根本不让电子进来，它们就像门口的保安，严防死守。
你要是想让电流穿过它们，简直是痴人说梦。
它们的结构复杂，电子根本没地方去，想动动都难。
因此，绝缘体在电线的外层总是能见到，给我们提供了安全感，不让电流随便乱窜。
再深入一点说，导体的电子排列比较松散，电流一来，它们就欢快地流动；而半导体里，电子的排列则稍微紧凑些，它们需要一定的能量才能被激活。
就像你想看一部精彩的电影，得先有一张票，这票就是电流带来的能量。
绝缘体呢，它们的电子排列得紧得不能再紧，根本没法流动。
在生活中，想象你家里的电器，基本上都是利用这些材料的特性。
插座、开关、电线，都是经过精心设计的。
用导体来传导电流，半导体来调控电流，绝缘体来确保安全，这三者的完美结合，简直就是电力世界里的“三剑客”。
我们还可以看到，随着科技的发展，半导体材料的应用越来越广泛。
那些小小的芯片，不就是依赖于这些材料的性质吗？它们让我们的手机更智能，让我们的生活更便捷，真的是功不可没。
有时候想想，科技的进步真的是靠这些不起眼的材料推动的，简直令人感叹。
导体、半导体、绝缘体，它们不仅仅是冷冰冰的材料，而是我们生活中不可或缺的朋友。
1.1二极管
点接触型
1.1.2 二极管的主要参数
1．最大整流电流 I FM 二极管在室温下长期运行允许通过的最大正向平均电流。 2．最高反向工作电压 V RM 二极管正常工作时所允许外加的最大反向电压。 3．反向电流 I R 在二极管加反向电压而未击穿时的反向电流值。
作业：P31 一、填空题：1、2；二、判断题：1；三、选择题：2；五、综合题：1
半导体元件
⒈ 导体、半导体与绝缘体
⑴ 导体： 电阻率ρ＜10-6Ω· m；
⑵ 绝缘体：电阻率ρ＞108Ω· m； ⑶ 半导体：电阻率介于导体与绝缘体之间
如硅(Si)或锗(Ge)半导体。
2. P型半导体和N型半导体
⑴ 本征半导体。
纯净的半导体材料称为本征半导体。 本征半导体电导率低，为提高导电性能，需掺杂，形 成杂质半导体。 根据掺杂的物质不同，可分两种：
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载流 子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 载流子
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？
3、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子 空穴比未加杂质时的数目 多了？少了？为什么？ 杂质半导体主要靠多数载 流子导电。掺入杂质越多， 多子浓度越高，导电性越强， 实现导电性可控。 磷（P）
5
2. P型半导体
多数载流子
P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强，
3
在杂质半导体中，温度变化时， 载流子的数目变化吗？少子与多 子变化的数目相同吗？少子与多 子浓度的变化相同吗？
硼（B）
电工电子学导体、绝缘体和半导体的能带论解释
绝缘体：禁带宽度一般都较宽， Eg >几个eV。 如－Al2O3： Eg~ 8 eV；NaCl： Eg~ 6 eV。
因此几乎所有杂质原子都处于基态。如果电子在与杂质的 散射中把能量交给杂质原子，电子能量将失去过多，以致 费米球内没有空态可以接纳它。因此，杂质散射所产生的 电阻与温度无关，它是T0时的电阻值，称为剩余电阻。
通常，可用室温电阻率与
(0)之比R来表征样品的纯度。 如： (0)＝1.710－9(cm)的Cu
+ ev k B
e + ev k B 为正电荷e在电磁场中所受的力。
所以，在有电磁场存在时，近满带的电流变化就如同 一个带正电荷e，具有正有效质量m*的粒子一样。
结论：当满带顶附近有空状态k时，整个能带中的电流 以及电流在外电磁场作用下的变化，完全如同一个带正 电荷e，具有正有效质量m*和速度v(k)的粒子的情况一 样。我们将这种假想的粒子称为空穴。
禁带宽度是半导体的一个重要特征参量，其大小主要决定于半 导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。
半导体价带中的大量电子都是价键上的电子（称为价电子）， 不能够导电，即不是载流子。只有当价电子跃迁到导带（即本 征激发）而产生出自由电子和自由空穴后，才能够导电。空穴 实际上也就是价电子跃迁到导带以后所留下的价键空位（一个 空穴的运动就等效于一大群价电子的运动）。因此，禁带宽度 的大小实际上是反映了价电子被束缚强弱程度的一个物理量， 也就是产生本征激发所需要的最小能量。
导体、半导体、绝缘体能带图的区别及导电能力不同的原因
导体、半导体、绝缘体能带图的区别及导电能力不同的原因在日常生活中，我们接触的物质大多以固体的形式呈现，而影响固体物质的性质和行为的必然是它们内部的电子结构。
导体和绝缘体是对电子分布有不同表现形式的两类物质。
而半导体则具有独特的特性，是导体和绝缘体的一种混合，有着广泛的应用在我们的日常生活中。
今天，我们将来讨论这三种物质的能带图的不同以及它们的导电能力的不同程度的原因。
首先，让我们来看看导体和绝缘体的能带图。
导体有多个能带，但它们对应的性质是完全不同的。
导体中最高能带为导带，这条能带具有较高的导电性，并且其中存在多个电子，可以用来传导电流；最低能带则是禁带，其中不存在可以用来传导电流的电子，因此，它会把电流和电场严格隔离。
而绝缘体也有多个能带，但这些能带对应的性质是完全相反的，即它们最高能带是禁带，最低能带是导带，由于禁带中没有可以用来传导电流的电子，因此，绝缘体就不具有导电性。
其次，让我们来看看半导体的能带图。
半导体具有非常特殊的特性，他的能带图具有两条特殊的轨道，即共价带和禁带。
共价带可以被视为一个“半导体电子能带”，在这条轨道中，只有一小部分电子可以用来传导电流，当温度升高或者加入外界能量时，共价带中的电子有可能被完全移出，使得半导体有较强的导电性。
而禁带则和绝缘体比较相似，它完全不可以用来传导电流。
最后，让我们来看看导体、半导体和绝缘体的导电能力的不同程度的原因。
首先，导体的高导电性是由于~它的导带中含有足够多的电子，它们可以被电场动力运动，传导电流；而绝缘体的低导电性则是由于禁带中没有可以用来传导电流的电子。
其次，半导体在外界能量或温度的作用下，它的共价带可以被完全撤销，使得它具有较强的导电性，而一般情况下，半导体的导电性要低于导体，但要高于绝缘体。
综上所述，导体、半导体、绝缘体的能带图以及导电能力的不同程度的原因都有所不同。
导体的高导电性是由于它的导带中含有足够多的电子，而绝缘体的低导电性则是由于禁带中没有可以用来传导电流的电子。
常识备考：生活中常见的导体、半导体和绝缘体有哪些
常识备考：生活中常见的导体、半导体和绝缘体有哪些？关于导体、半导体和绝缘体的知识点在事业单位公共基础知识的考题中出现过，在事业单位联考的常识题目中也时常会涉及。
例如在山西的事业单位考试中曾经考查过这样的一道题目：锗、硅、硒电阻率受外界条件影响极大，在电子技术和无线电技术中有广泛应用，这样的材料属于( )。
A. 导体B. 绝缘体C. 半导体D. 超导体此题的考点就是导体、半导体和绝缘体的类型和应用，而题目中的锗、硅、硒都属于半导体。
今天，小编就来给大家梳理一下生活中常见的导体、半导体和绝缘体。
考点1：生活中常见的导体一、什么是导体导体是指电阻率很小且易于传导电流的物质。
导体中存在大量可自由移动的带电粒子称为载流子。
在外电场作用下，载流子作定向运动，形成明显的电流。
二、常见的导体金属是最常见的一类导体，例如铝、铁、铜、银等，大部分金属都是导体。
金属原子最外层的价电子很容易挣脱原子核的束缚，而成为自由电子，留下的正离子（原子实）形成规则的点阵。
金属中自由电子的浓度很大，所以金属导体的电导率通常比其他导体材料的大。
金属导体的电阻率一般随温度降低而减小。
在极低温度下，某些金属与合金的电阻率将消失而转化为“超导体”。
第二类常见的导体是电解质的溶液，例如酸、碱、盐水溶液。
其载流子是正负离子。
实验发现，大部分纯液体虽然也能离解，但离解程度很小，因而不是导体。
电离的气体也能导电，被称为气体导体，其中的载流子是电子和正负离子。
通常情形下，气体是良好的绝缘体。
如果借助于外界原因，如加热或用X 射线、γ射线或紫外线照射，可使气体分子离解，因而电离的气体便成为导体。
生活中人们常用的物品，例如图钉、钢尺、铝条、铜线、水壶、回形针、钥匙、铅笔芯等都是导体。
石墨、水、人体、大地、湿木等等也都是常见的导体。
考点2：生活中常见的绝缘体一、什么是绝缘体不善于传导电流的物质称为绝缘体，绝缘体又称为电介质。
它们的电阻率极高。
绝缘体和导体，没有绝对的界限。
固体物理学：5-3 导体、绝缘体和半导体的能带论解释
B]}
电子加速度
16
近满带电流变化
—— 正电荷q在电磁场中受到的力 电磁场中近满带电流的变化等同于 一个带正电q具 有正有效质量m*的粒子
17
结 论：
当满带顶附近有空状态 时，满带产生的电流
以及电流在外电磁场中的变化，相当于一个带正电
量为q，正质量m*、速度
的粒子，这样一个
假想的粒子称为空穴。
以上分析说明，一个晶体是否为导体，取决于电子在能带中的 分布情况，关键在于它是否具有不满的能带。 原子结合成晶体后，原子的能级转化为相应的能带。原子内层 电子能级是充满的，相应的内层能带也是满带，是不导电的。 所以，晶体是否导电取决于与价电子能级对应的价带是否被电 子充满。由于每个能带可容纳2N个电子，N是晶体原胞数目， 因此价带是否被电子填满取决于每个原胞(固体物理学原胞)所 含的价电子数目，以及能带是否有交叠。 例如： Li、Na、K等碱金属元素，是半满带导体。 二价元素Ba、Mg、Zn等是重叠带导体。 金刚石，每个原胞有两个原子共8个电子，能带又不重叠，所 以是典型的绝缘体。
—— 状态和
状态中电子的速度大小相等、方向相反
3
1) 在无外场时 和 状态电子的速度大小相等、方向相反
每个电子产生的电流
对电流的贡献相互抵消
热平衡状态下，电子占据 波矢为 的状态和占据波矢 为 的状态的几率相等
结论:无外场时晶体中的满 带不产生电流（不能 形成宏 观电流）
4
2) 在有外场 作用时
固体中导带底部少量电子引起的导电，称为电子导电
性。固体中满带顶部缺少一些电子引起的导电，称为
空穴导电性。满带中的少量电子激发到导带中，产生
的本征导电是由相同数目的电子和空穴构成的，称为
什么叫导体、半导体和绝缘体
什么叫导体、半导体和绝缘体
当电流通过各种物体时，不同的物体对电流的通过有着不同的阻止能力，有的物体可使电流顺利通过，也有的物体不让其通过，或者在一定的阻力下让它通过。
这种不同的物体通过电流的能力，叫做这种物体的导电性能。
各种物体均有着不同的导电性能，凡是导电性能很好的物体叫做导体。
如银、铜、铝、铅、锡、铁、水银、碳和电解液等都是良好导体。
反之，导电能力很差的物体叫做绝缘体。
还有，有的物体的导电能力比导体差，但比绝缘体强，这种导体叫做半导体。
如常用的晶体管原材料硅、锗等。
导体、绝缘体、半导体的区别及应用
导体、绝缘体、半导体的区别及应用导体导电性好,可做导线.绝缘体一般不导电,可做导线包皮.半导体导电性介于两者之间,用半导体材料制成的二极管具有单向导电性,可用于整流,也可判断电流方向.
各种物体对电流的通过有着不同的阻碍能力，这种不同的物体允许电流通过的能力叫做物体的导电性能。
通常把电阻系数小的（电阻系数的范围约在0.01~1欧毫米/米）、导电性能好的物体叫做导体。
例如：银、铜、铝是良导体；
含有杂质的水、人体、潮湿的树木、钢筋混凝土电杆、墙壁、大地等，也是导体，但不是良导体。
电阻系数很大的（电阻系数的范围约为10~10欧姆·毫米/米）、导电性能很差的物体叫做绝缘体。
例如：陶瓷、云母、玻璃、橡胶、塑料、电木、纸、棉纱、树脂等物体，以及干燥的木材等都是绝缘体（也叫电介质）。
导电性能介于导体和绝缘体之间的物体叫做半导体。
例如：硅、锗、硒、氧化铜等都是半导体。
半导体在电子技术领域应用越来越广泛。
导体、绝缘体与半导体初步区分
导体、绝缘体与半导体初步区分在物理学和材料科学领域，导体、绝缘体和半导体是三种基本分类，它们在电子传导和能级结构中具有明显的差异。
本文将初步区分这三种类型的材料，探讨它们的特性、应用和区别。
导体导体是一类能够容易传导电流的材料。
在导体中，电子可以自由移动，在外加电压下形成电流。
金属是最常见的导体，因为金属内部存在着大量的自由电子，使得电荷得以自由传导。
此外，一些导体如铜、铝等也被广泛应用于电气导线和电路中，用于传输电力或信号。
特性•电子自由度高•低电阻•电荷容易传导•一般具有金属光泽应用•电气导线•电路元件•传感器绝缘体绝缘体是一类不易传导电流的材料。
在绝缘体中，电子运动受限，难以形成电流。
绝缘体的电阻较大，不易导电，因此通常用作绝缘材料，在电器和电子设备中用于阻止电流外泄或干扰。
特性•电子自由度低•高电阻•电荷难以传导•一般不具有金属光泽应用•绝缘包覆•绝缘材料•电缆绝缘半导体半导体介于导体和绝缘体之间的一类材料。
半导体的电导率介于导体和绝缘体之间，可以通过控制外界条件（如温度、掺杂等）来调节电导率。
半导体在电子学领域有广泛应用，如半导体器件、光电子器件等。
特性•电导率介于导体和绝缘体之间•外部条件可调节电导率•半导体器件种类繁多•具有光电等性质应用•集成电路•光电二极管•太阳能电池总的来说，导体、绝缘体和半导体是三种基本材料类型，它们分别具有不同的电导率、应用和特性。
通过初步区分这三类材料，我们可以更好地理解电子传导和材料科学的基本原理。
分类举例导体和绝缘体
分类举例导体和绝缘体导体和绝缘体是物质的两种基本属性，它们在电学和热学等领域起着重要作用。
导体是指能够传导电流和热量的物质，而绝缘体则是指不能传导电流和热量的物质。
下面将分别以分类举例的方式来讨论导体和绝缘体。
一、导体的举例：1. 金属：金属是最常见的导体之一。
例如铜、铝、铁等金属都具有良好的导电性能，因此常被用作电线、电缆和电路中的导线材料。
2. 水：纯净的水是不导电的，但加入一些电解质（如盐）后，水能够导电。
这是因为电解质能够在水中产生离子，从而使水具有导电性。
3. 石墨：石墨是一种具有层状结构的导体材料。
它由碳原子构成，能够在平面方向上自由传导电子，因此常被用作导电材料。
4. 筷子：虽然不是常见的导体，但当两根金属筷子接触时，由于金属的导电性能，电流可以在筷子之间流动。
5. 人体：人体中的水分和电解质能够使人体具有一定的导电性。
这也是为什么在接触带电物体时，人体会感到电流传导的原因。
6. 铅笔芯：铅笔芯中的石墨能够导电，因此可以用来绘制电路图或进行简单的电学实验。
7. 银器：银是一种优良的导电材料，因此常见的银器如银饰、银杯等具有良好的导电性能。
8. 火花：火花是由高温等离子体产生的放电现象，具有导电性。
在雷击或电火花发生时，火花能够传导电流。
9. 金属网：金属网由许多金属线构成，能够传导电流。
因此，金属网常被用作电子器件中的接地网或屏蔽网。
10. 铁轨：铁轨是一种广泛使用的导体，能够传导电流。
因此，铁路交通中的电力传输和信号控制都离不开铁轨的导电性能。
二、绝缘体的举例：1. 木材：木材是一种常见的绝缘材料。
由于木材中的纤维结构和含水率较高，使其具有优良的绝缘性能。
2. 塑料：塑料是一类具有良好绝缘性能的材料。
例如聚乙烯、聚氯乙烯等塑料常被用作电线绝缘层的材料。
3. 玻璃：玻璃是一种常见的绝缘材料。
由于玻璃的分子结构紧密，使其具有良好的绝缘性能。
4. 空气：空气是一种较好的绝缘体。
在高压输电线路中，通过增加导线间的距离和使用绝缘子等措施，可以利用空气的绝缘性来防止电流泄漏。
导体与绝缘体的区别
导体与绝缘体的区别导体和绝缘体是物理学中重要的基本概念，它们在电子学、电磁学以及电力工程中具有重要的应用。
导体和绝缘体在电导性和电荷传导方面存在显著差异，本文将针对这一点进行阐述。
一、导体的特点导体是电流能够容易通过的物质，其具有以下特点：1. 高电导性：导体能够自由地传导电流，其内部具有大量的自由电子，这些电子在电场的驱动下可以自由移动。
2. 低电阻率：电阻率是衡量导体是否良好导电的重要指标，导体的电阻率一般都较低。
3. 外部电场作用下，导体内部电子能够自由运动，并且它们在导体内均匀地分布。
4. 导体对于不同频率的电流具有较好的传导性。
二、绝缘体的特点绝缘体是电流无法流过的物质，其具有以下特点：1. 低电导性：绝缘体中的电子几乎不能自由移动和传导电流，因此几乎不具有导电性。
2. 高电阻率：相对于导体而言，绝缘体的电阻率较高。
3. 绝缘体在外部电场作用下，内部的电子无法自由移动和分布，其内部电荷大部分保持不变。
4. 绝缘体对于不同频率的电流传导性较差。
三、导体与绝缘体的应用领域由于导体和绝缘体的电导性差异，它们在电力工程和电子学中应用广泛，具体包括以下方面：1. 电力传输：导体常被用于输电线路中，利用其良好的导电性，将电能从发电厂输送到用电地点。
2. 电路设计：导体在电路中被用于传输和分配电流，例如电线、电路板等。
3. 电磁屏蔽：金属导体（例如铜、铝）由于其良好的导电性，常被用于电磁屏蔽材料的制作，可有效隔离和减小电磁辐射。
4. 绝缘材料：绝缘体常被用作绝缘材料，用于保护导体，避免电流泄露和触电事故。
四、总结从上述内容可以看出，导体和绝缘体在电导性和电荷传导方面存在明显差异。
导体具有高电导性和低电阻率，能够自由地传导电流；而绝缘体则具有低电导性和高电阻率，几乎不能传导电流。
这两种物质在电力工程和电子学中具有各自重要的应用，通过合理利用它们的特性，可以实现电能传输、电路设计和电磁屏蔽等目标。
正是由于导体和绝缘体的不同特点，电子技术和电力工程得以快速发展，并为我们的生活带来了诸多便利。
导体和绝缘体的作用
导体和绝缘体的作用
导体和绝缘体是我们日常生活中非常常见的物质，它们在电子电路系统中发挥着重要的作用。
首先是导体，导体壁从一处物质到另一处物质的电流，它们主要存在于电子电路中，如铜线，金属和金属合金，它们的最大作用是携带电信号。
举例来说，电力系统中的铜线和汽车中的金属部件都可以作为导体，将电力传输到目的地，从而实现它们的功能。
第二是绝缘体，绝缘体具有抗电压和电流的能力，主要用于将电源连接到一个电子电路系统，防止电流在不同的部分之间漏出。
一般来说，绝缘体可以有效地抑制电流的传播，使电脑内部的高压线不会和普通电路出现短路。
比如，电脑内部的电路板覆盖层就是一个很好的绝缘体，它可以把电路板从电源耦合，有效地防止电流穿透。
总之，导体和绝缘体都在现代电子电路系统中发挥着重要的作用，它们可以将电子路系统的各部分有效地隔离，有效地防止电流在不同的部件之间传播，帮助电子系统更加稳定、安全可靠地运行。
电工基本知识-导体、绝缘体和半导体
导体、绝缘体和半导体
大家知道，金属、石墨和电解液具有良好的导电性能，这些有良好导电性能的材料
称为导体。
如电线是用铜或铝制成的，因为它们有很强的导电性和良好的延展性。金属的导电
性能由强到弱的顺序为：银、铜、金、铝、锌、铂、锡、铁、铅、汞。居第一位的银，但因
也不是绝对的，在一定条件下可以相互转化。例如玻璃在常温下是绝缘体，高温时就转变为
导体。
此外，还有一些物质，如硅、锗、硒等，其原子的最外层电子既不象金属那样容易
挣脱原子核的束缚而成为自由电子，也不象绝缘体那样受到原子核的紧紧束缚，这就决定了
这类物质的导电性能介于导体和绝缘体之间，并且随着外界条件及掺入微量杂质而显著改变
这类物质称为半导体。
怎样正确使用钳形电流表
1 测量前，应先检查钳形铁心的橡胶绝缘是否完好无损。钳口应清洁、无锈，闭合后无明显的缝隙。
2 测量时，应先估计被测电流大小，选择适当量程。若无法估计，可先选较大量程，然后逐档减少，转换到合适的档位。转换量程档位时，必须在不带电情况下或者在钳口张开情况下进行，以免损坏仪表。
其产量少、价格贵，只在某些电气元件中少量用到。
石墨有良好的导电性，硬度低，在空气中不燃烧，是制造电极和碳刷的好材料。
金属和石墨所以具有良好的导电性，是因为它们中存在大量自由电子，。酸、碱和
盐类的熔化液也能导电。这些溶解于水或在熔化状态下能导电的物质叫电解质。电解质和水
分子相互作用，能在溶液中分离为正离子和负离子，这些正、负离子能自由活动，形成导电
溶液。如包在电线外面的橡胶、塑料都是不导电的物质，成为绝缘体。常用的绝缘体材料还
有陶瓷、云母、胶木、硅胶、绝缘纸和绝缘油等，空气也是良好的绝缘物质。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
P127图6.12导体、半导体与绝缘体的能带模型
EF EF
Eg
导体A
半导体B
绝缘体C
19
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
• 导体，在外电场的作用下，大量共有化电子很易 获得能量，集体定向流动形成电流。 • 绝缘体：在外电场的作用下，共有化电子很难接 受外电场的能量，所以形不成电流。从能级图上 来看，是因为满带与空带之间有一个较宽的禁带 （Eg 约3～6 eV），共有化电子很难从低能级 （满带）跃迁到高能级（空带）上去。 • 半导体：的能带结构,满带与空带之间也是禁带， 但是禁带很窄（E g 约3 eV以下 )。
• 因此，晶体中的载流子除电子外还可以有 空穴，既可以单独存在也可以同时存在。
6
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
§6.7.3导体、半导体与绝缘体的区分
• 既然满带电子不导电只有不满带电子才有 导电性，所以根据能带结构及其填充情况 就可以判断晶体是否为导体。当原子结合 成晶体后，原子的内层满壳层电子将填满 相应的一系列能带，这些电子的数量虽然 很大，但不参与导电，只须考虑外层价
电子的能带填充情况就可以判断晶体 的导电性。
7
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
• [1] 能量最高的满带与最低的空带有重叠， 结果两个能带都不满，晶体仍是导体。 • [2] 能量最高的满带与最低的空带没有重 叠，被禁带分开，这种晶体是绝缘体或半 导体。
8
吉林建筑工程学院材料学院
16
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
一、能带的填充类型
能带中的量子态
完全被占据时 满带 最高的满带 称价带
部分被占据时
完全不被占据而为空时
不满带或 空带 未满带 最低的空带或未满 带称导带
17
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
4
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
§6.7.2 电子与空穴
• 只有不满的能带才有导电的功能，其电流 的载流子自然是电子。但当一个能带只含 有少量的空状态而大部分状态被电子占据 时，我们称这些空状态为空穴。为描述这 种近满能带的导电性，通常不用其中的大 量电子而用少量的空穴，可以使问题大为 简化也更为直观。
n e
E g / k BT
12
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体 电阻率
第六章 能带理论
金属
金属电阻率随T上升而增大
半导体 半导体的电阻率即温度上升而下降
T
总的说来，导体与半导体的区别最关键的因素是能带结构不同。
13
吉林建筑工程学Βιβλιοθήκη 材料学院6.7 导体、半导体与绝缘体
9
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
• 称最高的满带为价带， • 最低的空带为导带。 • 电子可以从价带激发到导带，价带中产生 空穴，导带中出现电子，空穴和电子都参 与导电成为载流子。
10
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
P127图6.12导体、半导体与绝缘体的能带模型 导带 导带 EF
15
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
局限性的原因
• 能带理论是在单电子近似的基础上建立的， 只考虑电子受晶格周期场的作用，忽略了 电子间的相互作用，由于电子间存在相互 作用，即使考虑屏蔽效应，亦不能完全认 为是互相独立的，实际上是互相关联的， 即一个电子的状态必然受到其它电子的影 响。这种效应称为关联作用（实际上指电 子间存在相互作用） ，能带理论局限性是 由于忽略了电子间关联作用所造成的
5画图说明导体、半导体和绝缘体能 带结构的基本特征
• 解：在导体中，除去完全充满的一系列能带外，还有只是 部分地被电子填充的能带，后者可以起导电作用，称为导 带。 • 在半导体中，由于能量最高的满带与上面的空带没有重叠, 但禁带宽度Eg小,存在一定的杂质，或由于热激发使导带 中存有少数电子，或满带中缺了少数电子，从而导致一定 的导电性。 • 在绝缘体中，电子恰好填满了最低的一系列能带，再高的 各带全部都是空的，所有被电子填充的能带都是满带，能 量最高的满带与上面的空带没有重叠,禁带宽度Eg较宽 ~ 3 eV 以上.由于满带不产生电流，所以尽管存在很多 电子，并不导电。
部分 填充 能带
最低的空带
Eg
价带 价带
最高的满带
EF
满带
导体A
半导体B
绝缘体C
11
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
导体与半导体的区别
• 在金属导体中，载流子一般为电子，一般 载流子的浓度n是确定的与温度无关。 • 而在半导体中，在绝对零度下没有载流子， 只有在T≠0时，由于热激发，导带中才有 电子，同时价带中出现空穴，所以载流子 的浓度n与温度密切相关，一般随T按指数 规律变化
第六章 能带理论
§6.8 能带理论的主要成就
一 能带理论的主要成就： • [1]指出晶体中电子的能谱分成许多能带。晶体 的性质决定于其能带结构及电子的填充情况，这 就为理解晶体的各种物理性质提供理论基础。 • [2]根据能带结构及电子的填充情况可区分晶体 的导电性质，说明为什么可以区分导体、半导体 与绝缘体。 • [3]现有的半导体材料与器件是在能带理论的基 础上建立与发展的，所取得的成就有目共睹
E
E
K
K
V
V
K K
P125-图6.11 电场作用下不满带中的电子分布示意图
3
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
• 排了电子但未排满的称为未(不)满带 • 未排电子的称为空带。 • 两个能带之间的禁带是不能排电子的。 • [1]满带不导电 • [2]不满能带才有导电性
k
的周期函数
布里渊区中空出的部分与离开的部分相同 整个能带中电子分布情况实际上没有变化 结论 因此满带在电场作用下不导电
2
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
如果能带不满，只有部分状态被电子占据，则在电场作用下， 整个电子分布向电场反方向移动， 如下图，这时沿电场正、反方向运动的电子数不相等， 破坏了原来的对称分布，总的电流不为零，所以不满带可以导电。
14
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
二 能带理论的局限性
• 不能解释超导，铁磁性等，即使在判断晶体是否是导体时， 也不是所有情况下都是正确的，在一些过渡金属的氧化物， 如 • Mn2+O2-,Fe2+O2-,Co2+O2-,Ni2+O2• 其中：Mn2+， 3d5;Fe2+ , 3d6;Co2+ 3d7;Ni2+, 3d8 ;O2-, 2p6 • 它们的晶体结构都是NaCl结构，过渡金属离子的3d能带是 不满的，O2-的2p能带是填满的，按能带理论，这些氧化物 应该是导体，但实验发现它们是绝缘体（或半导体），但对 于Ti2+O2-和V2+O2-，Ti2+（3d2），V2+（3d3），3d 带不满，实验发现是导体，与能带理论的结论一致。可见， 根据能带是否填满不足以正确判断这类氧化物的导电性，对 于更复杂的过渡金属氧化物和其它化合物也有类似的情况， 这说明能带理论是有局限性的。
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
§6.7 导体、半导体与绝缘体
• 根据能带结构及电子的填充情况可以说明 为什么晶体可以区分为导体、半导体与绝 缘体，这是能带理论的巨大成就。
1
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
§6.7.1 能带的填充与导电性
由于 E ( k ) 是
5
吉林建筑工程学院材料学院
6.7 导体、半导体与绝缘体
第六章 能带理论
• 可以证明，缺少一个电子的能带所产生的电流与 一个带正电荷的载流子以速度 v ( k ) 运动时所产生 的电流相同。这样，缺少一个电子的能带其所有 2N-1个电子对电流的贡献便可以归结为一个带 正电荷e的空穴的贡献。可以把空穴看成具有正 有效质量 m h ( k ) 的准粒子。