半导体和导体的导电机理

一：经典自由电子理论

金属电子被束缚能较低，可以在金属中自由移动。所以加了电压就可以导电。   而半导体是以共价键形式存在，原子核对最外层电子的束缚较强，所以电子不可以随意移动。但是由于半导体是体材料，所以有好多的原子就在一起，那么他们的电子壳层就交叠在一起了。如图，那么电子就可以在这些交叠的轨道上运动了，于是也可以导电。

二：量子自由电子理论

这其实半导体和金属都是运用薛定谔的方程，再根据边界条件的值求解能量表达。他们的共同点是大都在纳米量级下才能观察到能量的量子化效应。比方说，普通金属在体材料即大块的时刻，有良好的导电导热性能，但是在纳米颗粒情况下就会绝缘。    半导体的量子化可以有量子阱，量子线，量子点等。这些情况下其能级发生分离，不再是连续的。

三：能带理论

这也是区别半导体和金属的比较易理解的方式。首先晶体中电子的分布要满足一定的波函数，而波函数也随这晶格周期性的变化。最终得到电子的分布空间是一些带。带和带之间时禁带，即不能存在电子。晶体能够导电是其中的电子在外电场的作用下做定向运动。电子在外电场下做加速运动，于是电子的能量就发生改变。从而电子从能量较低的带跃迁到高的带。半导体，就是能量较低的带里全部填充电子，能量高的带没有电子，因为满所以就好比大家在一起挤着不能动，那么就没有电流。但是有了外力，电子就跃迁，满的地方就空出位置，从而让旁边的电子移动，从而形成电流。金属的较高地方也有电子那么较高的能带上就有电子有空位（空穴），所以何时都能导电。

半导体、绝缘体和导体由禁带宽度划分，即导带与价带之间的相对位置决定。

1 导体的导带和价带基本重合，禁带宽度为0，电子由价带进入导带基本无需额外能量，因此内部存在大量自由电子，具有低电阻率。

2 半导体导带和价带距离适中，即禁带宽度适中，因此价带中的电子在常见能量级别的激励下，例如光、热和电压，即可进入导带，导致半导体电阻率变化。

3 绝缘体与半导体类同，但禁带宽度很宽，需要大量能量才能导电，例如高于5000V的高压电，因此电阻率很高。光和热通常无法导致绝缘体导电，绝缘体一般耐热性不高，能导致电子跃迁到导带的温度下，大部分碳基绝缘体已经碳化，其余绝缘体已经熔化或气化。

三价元素取代硅在晶格中的位置后，因其外围的3个电子，会留下一个共价键空位（电中性），当其他硅的电子补充进这个空位后，则失去电子的硅就出现了一个空穴。从理论上来说，如果没有空位，则空穴和电子的数量是一样多的。但P型半导体利用空位吸引电子，吸引的后果就是原来的硅中间出现了很多空穴，因此空穴是多子。

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