电子禅国际__您我的精神家园
发新话题

【大象讲堂06】为什么半导体比导体更神奇?

【大象讲堂06】为什么半导体比导体更神奇?

物质从导电性能分类,可以分为导体,半导体,绝缘体三种。常见的金属都是导体,塑料布料木木材等大部分是绝缘体。而半导体不常见,它们是藏在电器内部的集成电路内。可以说,现代电子信息文明为什么能如此精彩,全是因为这些神奇的半导体。

那么,从微观角度,半导体和导体和绝缘体到底有什么不同呢?

这从能带角度非常容易理解。要了解能带,我们先看看原子。所有物质都是原子构成的,原子是带正电的原子核和绕核高速旋转带负电的电子构成。电子在核外有固定的运行轨道,能量低的电子靠近核运动。能量高的电子远离核运动。

这些运动看似杂乱无章,其实它们是分层活动的,而且有自己的轨道,这些轨道叫做能级或能带。电子并不是所有地方都可以活动,不能去的地方叫做禁带。一般来说,只有最外层的电子才与外界反应,所以最外层能带也叫价带。提供价电子与其他原子构成分子。

为了便于理解,我们把原子从二维角度简化,如下图所示。图中下半部分是上半部分价带禁带与导带的局部放大,更容易看清楚禁带宽度。


导体半导体绝缘体能带示意图

图中红色的圆点代表原子核;外围蓝色的圆圈代表内层电子,它们一般不与外界反应;绿色圆圈代表价带,它们是外层电子;轨道之间白色部分是电子不能停留的地方,叫做禁带;导带是基本是准自由的电子,可以随外界电场运动。也就是只要电子能到达导带,就可以随外界电场运动而导电。

从禁带宽度比较就很容易理解:导体的禁带很窄,它的价带电子很容易越过禁带跑去导带参与导电,所以叫导体。而绝缘体禁带很宽,它的价带电子就很难跑去导带参与导电,所以叫绝缘体。而半导体的禁带宽度介于导体与绝缘体之间,可以通过不同的参杂改变或控制其导电性能,从而制造出各种具有神奇功能的电器。

当然,宽禁带也不是绝对的。如果电子的能量很大,禁带宽也不是不可逾越的。所以有时候绝缘体在高温高压下变成导体,也是有可能的。所以,导体半导体绝缘体都是在一定条件下定义才有意义。(大象200408)
发新话题
最新文章


主页【电子禅国际】 论坛【电子禅论坛】 最新【电子禅最新】 赞赏【赞赏】