固体材料中的导电性

原子外层电子的数量仍然是导体和绝缘体之间差异的原因。众所周知，固体材料主要用于电子设备中实现电子传导。这些材料可以分为导体、半导体和绝缘体。

然而，导体、半导体和绝缘体的区别在于能级图。这里将考虑使电子离开其价带并进入导带所需的能量。该图是材料中所有原子的组合。绝缘体、半导体和导体的能级图如下所示。

价带

底部部分是价带。它代表最靠近原子核的能级，价带中的能级容纳平衡原子核正电荷所需的正确数量的电子。因此，这个带被称为满带。

在价带中，电子与原子核紧密结合。向上移动到能级，电子在每个连续的能级中与原子核的结合越来越松散。要扰动更靠近原子核的能级中的电子并不容易，因为它们的移动需要更大的能量，并且每个电子轨道都有一个独特的能级。

导带

图中的顶部或最外层带称为导带。如果电子的能级位于此带内，并且可以相对自由地在晶体中移动，则它会导电。

在半导体电子学中，我们主要关注价带和导带。以下是关于它的基本信息：

• 每个原子的价带显示外壳中价电子的能级。

• 必须向价电子添加一定量的能量才能使其进入导带。

禁带

价带和导带之间存在一个间隙，称为禁带。要越过禁带，需要一定的能量。如果能量不足，电子就不会释放出来导电。电子将保留在价带中，直到它们获得足够的能量来越过禁带。

禁带的宽度可以指示特定材料的导电状态。在原子理论中，间隙的宽度以电子伏特 (eV) 表示。电子伏特定义为电子在受到 1 V 电位差时获得或损失的能量。每种元素的原子都有不同的能级值，这允许导电。

请注意，绝缘体的禁带相对较宽。要使绝缘体导电需要非常大的能量。例如，电熔石。

如果绝缘体在高温下工作，增加的热能会导致价带的电子移动到导带。

从能带图可以清楚地看出，半导体的禁带比绝缘体的禁带小得多。例如，硅需要获得 0.7 eV 的能量才能进入导带。在室温下，添加热能可能足以导致半导体导电。这种特殊的特性在固态电子器件中非常重要。

对于导体，导带和价带部分重叠。从某种意义上说，没有禁带。因此，价带的电子能够释放成为自由电子。通常在正常的室温下，导体内部几乎不会发生电传导。