导体、半导体和绝缘体的区别(能带理论)

导体、半导体和绝缘体的区别(能带理论),第1张

按固体能带理论,物质的核外电子有不同的能量。根据核外电子能级的不同,把它们的能级划分为三种能带:导带、禁带和价带(满带)。在禁带里,是不允许有电子存在的。禁带把导带和价带分开,对于导体,它的大量电子处于导带,能自由移动。在电场作用下,成为载流子。因此,导体载流子的浓度很大。对绝缘体和半导体,它的电子大多数都处于价带,不能自由移动。但在热、光等外界因素的作用下,可以使少量价带中的电子越过禁带,跃迁到导带上去成为载流子。绝缘体和半导体的区别主要是禁的宽度不同。半导体的禁带很窄,(一般低于3eV),绝缘体的禁带宽一些,电子的跃迁困难得多。因此,绝缘体的载流子的浓度很小。导电性能很弱。实际绝缘体里,导带里的电子不是没有,并且总有一些电子会从价带跃迁到导带,但数量极少。所以,在一般情况下,可以忽略在外场作用下它们移动所形成的电流。

首先要清楚一个概念,满带不导电,只有空带和未满带才导电。

所以

导体能导电是因为它的能带是未满带。

半导体是既有空带又有满带,而且它们之间的禁带宽度较小,当电流足够大时,满带带顶上的载流子就会跃迁到空带去,导致满带不满,空带不空,这种状态下才能导电。

绝缘体的能带不是满带就是空带,而且它们之间的禁带宽度较大,载流子的跃迁比较困难,所以它是不导电的。不过在较高温度下,也会有少数绝缘体材料变成半导体材料。

翻翻《固体物理》课本上面都有详细的原理


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