固體材料中的導電性

原子外層電子的數量仍然是導體和絕緣體之間差異的原因。眾所周知，固體材料主要用於電子裝置中實現電子傳導。這些材料可以分為導體、半導體和絕緣體。

然而，導體、半導體和絕緣體的區別在於能級圖。這裡將考慮使電子離開其價帶並進入導帶所需的能量。該圖是材料中所有原子的組合。絕緣體、半導體和導體的能級圖如下所示。

價帶

底部部分是價帶。它代表最靠近原子核的能級，價帶中的能級容納平衡原子核正電荷所需的正確數量的電子。因此，這個帶被稱為滿帶。

在價帶中，電子與原子核緊密結合。向上移動到能級，電子在每個連續的能級中與原子核的結合越來越鬆散。要擾動更靠近原子核的能級中的電子並不容易，因為它們的移動需要更大的能量，並且每個電子軌道都有一個獨特的能級。

導帶

圖中的頂部或最外層帶稱為導帶。如果電子的能級位於此帶內，並且可以相對自由地在晶體中移動，則它會導電。

在半導體電子學中，我們主要關注價帶和導帶。以下是關於它的基本資訊：

• 每個原子的價帶顯示外殼中價電子的能級。

• 必須向價電子新增一定量的能量才能使其進入導帶。

禁帶

價帶和導帶之間存在一個間隙，稱為禁帶。要越過禁帶，需要一定的能量。如果能量不足，電子就不會釋放出來導電。電子將保留在價帶中，直到它們獲得足夠的能量來越過禁帶。

禁帶的寬度可以指示特定材料的導電狀態。在原子理論中，間隙的寬度以電子伏特 (eV) 表示。電子伏特定義為電子在受到 1 V 電位差時獲得或損失的能量。每種元素的原子都有不同的能級值，這允許導電。

請注意，絕緣體的禁帶相對較寬。要使絕緣體導電需要非常大的能量。例如，電熔石。

如果絕緣體在高溫下工作，增加的熱能會導致價帶的電子移動到導帶。

從能帶圖可以清楚地看出，半導體的禁帶比絕緣體的禁帶小得多。例如，矽需要獲得 0.7 eV 的能量才能進入導帶。在室溫下，新增熱能可能足以導致半導體導電。這種特殊的特性在固態電子器件中非常重要。

對於導體，導帶和價帶部分重疊。從某種意義上說，沒有禁帶。因此，價帶的電子能夠釋放成為自由電子。通常在正常的室溫下，導體內部幾乎不會發生電傳導。