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）