固体物理62导体半导体和绝缘体

导体、半导体和绝缘体概述在物理学中，根据不同的导电性质，物质可以被分为三类：导体、半导体和绝缘体。

导体的电导率较高，可以轻易地传导电流，如铜、铝等金属；半导体的电导率介于导体和绝缘体之间，可以通过添加杂质等方法改变其导电性能，如硅、锗等；而绝缘体的电导率非常低，电流不能在其内部传播，如玻璃、陶瓷等。

导体物理特性导体是一种材料，能够轻松地传导电子。

这种传导过程涉及到电子的自由移动。

在导体中，电子不受束缚，被电场作用下移动自如。

这样的电子被称为自由电子。

这些自由电子随时可以离开原子，进入导体中的其他位置，并与其他自由电子碰撞，形成导电电流。

根据欧姆定律，电流强度与两端电压成正比。

就是说，电流强度增加，导体中的自由电子数量也会增加。

如果将较大的电压施加在导体上，就会增加存储在导体中的自由电子数量，进而导致电流的增加。

应用导体的导电性质使它成为许多电子应用的理想材料。

这种材料最广泛的应用是在导线和电线的制造中。

导体材料还可以用于制造电路板、集成电路、变压器等。

导体材料的进一步发展和应用为电子技术开创了更加广阔的领域。

半导体物理特性半导体材料的电导率介于导体和绝缘体之间。

在半导体材料中，电子位于能级中，分布在两侧霍尔展区的堆积能带中。

在去霍尔展区，则是禁带区。

通常情况下，半导体材料的禁带宽度远小于绝缘体材料。

半导体的本征杂质往往增加了其中的自由电子或空穴的数量。

通过加热材料，我们可以激发半导体中的电子，使之跳过禁带，并像导体中的电子一样形成电流。

在半导体中添加不同种类、不同浓度的杂质，则可以控制其电导率和其他性质。

应用半导体材料的应用很广泛，例如晶体管、太阳能电池、场效应晶体管等。

半导体在计算机技术中也扮演着重要角色，例如应用于微处理器、光学学技术等。

半导体技术用于制造现代耳机、随身听等设备。

绝缘体物理特性绝缘体的最大特点是其电导率极低，等几乎可认为不导电。

它也被称为非导体，不具有自由电子。

在绝缘体中，电子位于原子和分子中，分布在不同的能级，形成气体状态的电子云。

一、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。

绝缘物质的原子结构和金属不同，其原子中最外层的电子受原子核的束缚作用很强不容易离开原子而自由活动，因而绝缘体的导电作用很差。

导体和绝缘体的区别决定于物体内部是否存在大量自由电子，导体和绝缘体的界限也不是绝对的，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。

一、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。

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、半导体和绝缘体的电导率1. 引言在物理学和材料科学中，导体、半导体和绝缘体是描述材料电导性质的重要概念。

它们在电子器件、能源传输、光电子学等领域都有广泛应用。

本文将详细介绍导体、半导体和绝缘体的定义、特性以及与之相关的电导率。

2. 导体导体是指具有良好电流传输能力的材料。

在导体中，自由电子可以自由移动，并且容易受到外界电场的影响。

常见的金属如铜、银、铝等都是良好的导体。

导体的电阻率很低，通常用电阻率倒数表示其电导率。

2.1 导体特性•自由电子：在导体中，原子中外层的电子不受束缚，形成自由电子云。

这些自由电子可以自由移动，并且能够传递电流。

•极低电阻率：由于自由电子数量众多且能够自由移动，因此形成了极低的电阻率。

•高热传导性：自由电子不仅能传递电流，还能传递热量。

因此导体具有良好的热传导性能。

2.2 导体的电导率导体的电导率（σ）是描述其导电性能的物理量，定义为单位长度、单位横截面积内通过的电流与施加在其两端的电压之比。

通常用西门子/米（S/m）作为单位。

3. 半导体半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料。

它们在纯净状态下是绝缘体，但通过掺杂或施加外界电场后，可以改变其电导性质。

半导体广泛应用于集成电路、太阳能电池等领域。

3.1 半导体特性•带隙：半导体中存在一个禁带隙，即价带和导带之间的能量差。

禁带隙决定了半导体在不同掺杂条件下的电学特性。

•温度敏感：半导体材料的电学特性会随温度变化而变化。

一般情况下，温度升高会使得半导体更加易于传输电流。

3.2 半导体掺杂通过向纯净的半导体中掺入少量杂质原子，可以改变其电导性质。

常见的掺杂有两种类型： - N型掺杂：通过掺入五价元素（如磷、砷等），形成额外的自由电子，增加半导体的导电性能。

- P型掺杂：通过掺入三价元素（如硼、铝等），形成额外的空穴，增加半导体的导电性能。

3.3 半导体的电导率半导体的电导率与其载流子浓度有关。

载流子浓度越高，电导率越大。

§5-6 导体、绝缘体和半导体的能带模型尽管所有的固体都包含大量有电子，但有些固体具有很好的电子导电性能，而另一些固体则观察不到任何电子的导电性。

对于固体为什么分为导体、绝缘体和半导体呢？这一基础事实曾长期得不到解释，能带论对这一问题给出了一个理论说明，并由此逐步发展成为有关导体、绝缘体和半导体的现代理论。

晶体中电子有能量本征值分裂成一系列能带，每个能带均由N 个准连续能级组成（N 为晶体原胞数），所以，每个能带可容纳2N 个电子。

晶体电子从最低能级开始填充，被电子填满的能带称作满带，被电子部分填充的能带称为不满带，没有电子填充的能带称为空带。

能带论解释固体导电的基本观点是：满带电子不导电，而不满带中的电子对导电有贡献。

5. 6. 1 满带电子不导电从前面的知识中，已经知道，晶体中电子能量本征值E (k )是k 的偶函数，则利用（5-5-11），可以证明v (-k )=-v (k )，即v (k )是k 的奇函数。

一个完全填满的电子能带，电子在能带上的分布，在k 空间具有中心对称性，即一个电子处于k 态，其能量为E(k )，则必有另一个与其能量相同的E (-k )=E (k )电子处于-k 态。

当不存在外电场时，尽管对于每一个电子来证，都带有一定的电流-e v ，但是k 态和-k 态的电子电流-e v (k )和-e v (-k )正好一对对相互抵消，所以说没有宏观电流。

当存在外电场或外磁场时，电子在能带中分布具有k 空间中心对称性的情况仍不会改变。

以一维能带为例，图5-6-1中k 轴上的点子表示简约布里渊区内均匀分布的各量子态的电子。

如上所述，在外电场E 的作用下，所有电子所处的状态都以速度d e dt=-k E…………………………………………………………………………………………(5-6-1) 沿k 轴移动。

由于布里渊区边界A 和A '两点实际上代表同一状态，在电子填满布里渊区所有状态即满带情况下，从A 点称动出去的电子同时就从A '点流进来，因而整个能带仍处于均匀分布填满状态，并不产生电流。

导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体是物理学中非常重要的概念，它们是材料的电学特性的基本分类。

本文将分别介绍导体、半导体和绝缘体的概念、性质、应用和发展历程。

一、导体导体是指具有较高导电性的物质。

导体中，电子自由度较高，电子可以自由移动，用来传导电流。

常见的导体有金属、纯水和硫酸等。

导体的电阻率很低，通常用导电率来度量，即导体在电场作用下的单位面积中传导的电流的强度。

导体的制备通常是利用具有良好导电性的材料，如铜、银、金等制作成线、管、板等形状。

导体的应用极为广泛，如电线、电路、电子设备、汽车零部件等，都离不开导体。

导体在电力传输中也起到着重要的作用，导电材料的纯度和导体的制备工艺对电力传输效率和质量有着决定性的影响。

二、半导体半导体是介于导体和绝缘体之间的一种材料。

半导体中电子自由度介于导体和绝缘体之间，它们的电阻率比导体高，但比绝缘体低。

通常情况下，半导体处于物质的四种电性状态中的中间状态。

常见的半导体材料有硅、锗等。

半导体的特殊性质使其在信息技术、电子设备和光电子技术等领域中具有广泛的应用。

半导体可以用来制作晶体管、二极管、太阳能电池、光电二极管、集成电路等，这些都是现代电子技术中必不可少的组成部分。

三、绝缘体绝缘体是指电阻率极高的材料。

绝缘体内部的电子自由度很小，浑然无法被激发，电子在其中几乎不能自由移动，同时材料本身具有极高的电学阻抗。

常见的材料有玻璃、瓷器、纸张等。

绝缘体的应用领域主要包括电力绝缘材料、隔热、隔音、绝缘板材、电气设备外壳等。

绝缘体在保护电路、防止人体电击等方面也具有重要作用。

总结导体、半导体和绝缘体是电学特性分类的三大基本类别。

导体具有较高的导电性，半导体介于导体和绝缘体之间，绝缘体在电导方面表现非常差。

三种材料各有不同的用途，具有极大的应用价值。

随着科技的不断发展，导体、半导体和绝缘体在各自的领域中也不断的发挥着重要作用。