金属和半导体的导电原理

半导体导电原理 半导体一般是由4 价的硅或锗为主体材料，它们的晶体结构也和金刚石一样，每个原子由4 个价和运转在空间等距、有序环绕，构成金刚石结构，很纯的单晶硅基本不导电。

N型半导体  在纯硅晶体中加了少量的磷元素后，就形成了N型半导体。5价的磷原子镶嵌在硅晶体中，本来硅晶体的每个原子通过4个结构元相互联接，价和速率相同，而磷的5个价电子参入硅中价和运转，尚有一个电子无价和轨道，它杂混在其它价和轨道中，扰乱了原均匀的速率，使得整个晶体中的价和电子出现了拥挤和等待的紊乱现象，于是晶体中出现了临时性的电子空位(临时性空位在晶体中占有一定概率)，外来电子可乘虚而入，晶体的导电能力增加，形成的N型半导体。

P型半导体 在硅晶体中加入少量的硼元素后，硼在价和结构中顶替了一个硅原子，因硼外层只有3个价电子，使得与硼相连的4个结构元中有一个是单电子价和运转，于是就有了电子空位，与这个结构元相连的6个结构元外端又连着18个结构元，这样电子空位呈2×3 扩展，所以该晶体的导电能力也呈几何级数增加。电子空位扩展之后空位出现的时间越来越短，也就不成其为空位了。

以上论述说明，不管是N型还是P型半导体，其导电能力都是由电子空位提供的。电子空位则是由晶体中杂质分布引起价和电子紊乱运行所致，所出现的电子空位是瞬时的、随机的。这也导致了半导体的"测不准"及温升，热敏等诸多物理性质。

晶体管的PN结的实质是疏通或堵塞电子空位。

二极管 把N 型和P 型半导体材料紧密结合起来，两端连上导线，就形成了半导体二极管。二极管最关键的部位在两种材料的结合处，人们称之为P N 结。

由于N 型半导体是5 价的磷镶嵌在以4 价为主体硅晶体中，有多出的电子。而在P 型半导体中是3 价的硼在以硅为主体的结构元连接中，顶替了一个硅原子的位置，在整体上有缺少电子的趋势。把这两种晶体紧密结合：N 型半导体中多出的电子向缺少电子的P 型半导体中扩散。这样，在结合部附近，各结构元的价和电子数正好达到平衡，（图9-1）每个原子周围的价和电子平稳运转，没有了电子的紊乱和等待，也就没有了电子空位。这就是在不导电时的P N 结。

金属导电原理 电流是电子的定向流动，这就像水流是水的定向流动一样。这叫人联想到一个常用的中国词"流通"，通则流，不通则不流。水流不是因为该物体内有水(桶里的水，池塘里的水就不能形成水流)。除了压力差之外还必须得"通"——必须得有让水定向通过的空间(如渠道、管道等)；电流不是因为该物体内的电子有自由，除了电压差之外还必须得"通"——必须得有让电子定向通过的空间。

那么，是什么使得物体能够导电？——是该物体内原子间有电子的通路。前提条件是：该物体价和电子数量较少并且运转不够饱满（在平面运转，没能形成饱满的球状），在价和电子运转的同时，存在着能让外电子窜入的间隙和时机；存在着能让电子在其间穿越运动的空位，我们把原子外层所呈现的这种空位叫做电子空位。电子空位是电子流动的通路，有了这样的通路，外来的电子才能在其间运动，形成电子的流动——电流。

导电原理是： 某物质的原子的价电子较少，外电子层不饱满，或速率很低，存在着电子空位，在电压的作用下外来的电子进入电子空位，电子在电子空位间换位移动，形成电流。

有了电子空位，外来电子才能进入，才能在物质内定向运动形成电流。导体、半导体、液体导电都是如此，超导原理也是如此。

电子空位是由价和电子的数量、速率及线路所决定。金属原子外层电子较少，组合成结构元之后，每个原子的外层仅有一、二个价和运转围绕，原子的外层仍存在较多的电子空位，能容外来电子进入、移动，因而易于导电。

在绝缘体内，因原子的价电子多，多个价和运转包围着一个原子，使原子的外电子层趋近饱和，没有电子空位(或很少)，不能容外界电子进入，因而不能导电。

都说了金属电阻应变片,他的作用原理为外力使得金属变形从而改变内阻使输出的参数进行变化,这种应变片工作时变形量偏大,线性度好,对低密度物体进行测量比较准确.

半导体也叫压电晶体应变片,这种材料几何性质发生变化的时候会在晶体的轴上产生电势,这种应变片变形量小,产生的参数线性度差要经过运算后进行使用,但它是无源信号源,适合测量高密度小变形量的物体.

金属是由金属原子组成的晶格和自由电子组成的,实际参与导电的是自由电子.晶格是一直振动的,和分子的热运动相关.金属之所以有电阻是由于晶格对自由电子的定向移动的阻碍.而且由于温度越高,晶格震动越强烈,所以它的阻碍效应就越明显,这是金属电阻随温度升高而变大的原因. 对于半导体,它不像金属那样有很多自由电子,它的电子基本都被束缚在原子核上.所以它需要一定的温度或者光来激发,是它的电子获得足够的能量,摆脱原子核的束缚,从而成为能够参与导电的粒子.所以温度升高,能够参与导电的粒子就越多,电阻就越小.

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