导体、半导体和绝缘体(精)
涨知识了第2讲-金属、半导体、绝缘体
涨知识啦2—导体、半导体和绝缘体
自“涨知识啦”第一讲发布之后，引起了很大的反响，有网友在后台留言说对半导体材料概念不太清楚，不知如何区分，因此，本周小赛将向大家讲解导体、半导体和绝缘体的概念与区别。
固体根据导电性可划分为导体、半导体和绝缘体，其划分和其能带电子填充情况有关。
在形成固体材料前，孤立原子外围电子受原子核势场的影响，在原子能级上规律排布，形成电子轨道。
当原子逐渐靠近形成固体时，原子间电子轨道逐渐交叠，单个电子能级将被分裂成多个电子能级形成能带，原子间距离越近，能级分裂越严重。
从示意图中可以看到，分裂后的能带对应于不同的电子轨道，原子内层电子轨道对应能量低的能带，电子首先填满能量低的能级，被电子填满的能带称为满带或价带，无电子填充的能带称为空带或导带，价带与导带之间无能级分布区域称为禁带。
下图为热力学温度为零时三种材料能带示意图。
绝缘体与半导体形成的能带结构相似，下面是被电子占满的价带，上方是未被电子占据的导带。
当外界温度升高或有光照射时，价带顶的少量电子将会吸收能量越过禁带被激发到无电子占据的空带，导带底部将会有少量电子存在，价带顶同时也留下了电子空位，此时在外加电场下，导带中的电子和价带中的电子空位将同时参与导电，这些价带中的电子空位被称为空穴。
半导体和绝缘体的主要区别是禁带宽度，绝缘体的禁带宽度较大，在一般条件下，能够被激发到导带的电子很少，导电性很差。
而金属能带中价电子占据部分能级，为半满带，因此金属具有较好的导电性能。
（资料来源：半导体物理，刘恩科著）。
导体、半导体和绝缘体
导体、半导体和绝缘体概述在物理学中，根据不同的导电性质，物质可以被分为三类：导体、半导体和绝缘体。
导体的电导率较高，可以轻易地传导电流，如铜、铝等金属；半导体的电导率介于导体和绝缘体之间，可以通过添加杂质等方法改变其导电性能，如硅、锗等；而绝缘体的电导率非常低，电流不能在其内部传播，如玻璃、陶瓷等。
导体物理特性导体是一种材料，能够轻松地传导电子。
这种传导过程涉及到电子的自由移动。
在导体中，电子不受束缚，被电场作用下移动自如。
这样的电子被称为自由电子。
这些自由电子随时可以离开原子，进入导体中的其他位置，并与其他自由电子碰撞，形成导电电流。
根据欧姆定律，电流强度与两端电压成正比。
就是说，电流强度增加，导体中的自由电子数量也会增加。
如果将较大的电压施加在导体上，就会增加存储在导体中的自由电子数量，进而导致电流的增加。
应用导体的导电性质使它成为许多电子应用的理想材料。
这种材料最广泛的应用是在导线和电线的制造中。
导体材料还可以用于制造电路板、集成电路、变压器等。
导体材料的进一步发展和应用为电子技术开创了更加广阔的领域。
半导体物理特性半导体材料的电导率介于导体和绝缘体之间。
在半导体材料中，电子位于能级中，分布在两侧霍尔展区的堆积能带中。
在去霍尔展区，则是禁带区。
通常情况下，半导体材料的禁带宽度远小于绝缘体材料。
半导体的本征杂质往往增加了其中的自由电子或空穴的数量。
通过加热材料，我们可以激发半导体中的电子，使之跳过禁带，并像导体中的电子一样形成电流。
在半导体中添加不同种类、不同浓度的杂质，则可以控制其电导率和其他性质。
应用半导体材料的应用很广泛，例如晶体管、太阳能电池、场效应晶体管等。
半导体在计算机技术中也扮演着重要角色，例如应用于微处理器、光学学技术等。
半导体技术用于制造现代耳机、随身听等设备。
绝缘体物理特性绝缘体的最大特点是其电导率极低，等几乎可认为不导电。
它也被称为非导体，不具有自由电子。
在绝缘体中，电子位于原子和分子中，分布在不同的能级，形成气体状态的电子云。
导体绝缘体半导体
光探测器利用半导体的光电效应检测光信号，广泛应用于 光纤通信、光传感等领域。
半导体材料的应用
硅材料
硅是最常用的半导体材料，具有 优良的物理和化学性质，在集成 电路、太阳能电池等领域有广泛 应用。
化合物半导体
化合物半导体如砷化镓、磷化铟 等具有更高的电子迁移率和光学 性能，在高速、高频电子器件和 光电子器件中有广泛应用。
绝缘体的原子或分子的电子结 构使其不易受到外部电场的影 响，因此其导电性能较差。
绝缘体的原子或分子的电子结 构使其不易受到外部磁场的影 响，因此其磁导率较低。
常见绝缘体材料
玻璃
玻璃是一种常见的绝缘体材料， 常用于制造绝缘器皿和绝缘材料。
塑料
塑料也是一种常见的绝缘体材料， 常用于制造电线绝缘层和电子设备 外壳。
电解质溶液
如食盐水、酸碱溶液等，也是良好的 导体。
02
绝缘体
定义
绝缘体：指在一定条件下，不导 电的物质。
绝缘体在极端的温度和压力下， 或受到某些外界因素影响时，其
导电性能可能会发生变化。
绝缘体通常具有较高的电阻，阻 止电流通过。
特性
绝缘体的电子结构使其不易失 去或获得电子，因此其导电性 能较差。
导体绝缘体半导体
目录
• 导体 • 绝缘体 • 半导体 • 导体的应用 • 绝缘体的应用 • 半导体的应用
01
导体
定义
01
导体是指能够让电流通过的物质 。在电场的作用下，导体内的自 由电子会向电场的反方向移动， 形成电流。
02
金属是最常见的导体，因为金属 内部的自由电子较多，容易形成 电流。
特性
半导体的应用
电子器件
01
半导体材料是制造电子器件的基础，如晶体管、集成电路、太
导体半导体和绝缘体ppt课件
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SUCCESS
2019/5/6
可编辑
18
2.结构变化引起的金属--绝缘体转变(Peierls转变)
设某金属，每个原胞有1个价电子，有一个半满的导带。
使原胞的晶格常量增大, 费密半径 kF 3nπ2 1 3
a n kF
半满的导带
满带
金属
绝缘体
例1：半导体材料的价带基本上填满了电子(近满带)，价
带中电子能量表示式E(k)=-1.01610-34k2(J)，其中能量顶点取 在价带顶,这时若k=1 106/cm处电子被激发到更高的能带(导
K
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
2.碱土金属
Be 1s2 2s2 Mg 1s2 2s2 2p6 3s2 Ca 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
ns电子只占一半能带，
为导体。
ns电子填满了ns能带，但 ns能带与上面能带形成能
带交叠，故仍为导体。
6.2.3 近满带和空穴
π a
导带
E
A
πk
a
E
A
πk
a
(2)有外电场
E
dk F dt
dk dt
1
F
1
e
导体、超导体、半导体和绝缘体的区别
导体、超导体、半导体和绝缘体的区别标题：导体、超导体、半导体和绝缘体的区别导体、超导体、半导体和绝缘体是固体材料中常见的几种类型。
它们在电学和热学性质上表现出明显的差异，这些差异是由它们的电子结构和能带特性所决定的。
本文将深入探讨这些材料的基本特点和区别，并且分析它们在科学和工程领域中的应用。
一、导体导体是一种能够自由传导电荷的材料。
它们具有高电导率和低电阻率。
在导体中，电子处于自由态，可以自由移动。
这是因为导体的价带和导带之间的能量差低于其他材料。
常见的导体包括金属（例如铜、铝等）和某些碳化合物（如石墨）。
导体的电子在外电场或外电压的作用下，能够迅速流动，传输电流和热量。
二、超导体超导体是一类在零摄氏度以下具有零电阻的材料。
与其他导体不同，超导体在低温下能够表现出特殊的电学性质，称为超导性。
当超导体的温度降低到临界温度以下时，其电阻会突然变为零，电流可以在其内部无耗散地流动。
超导体的几个重要特性是零电阻、磁场排斥和迈斯纳效应。
尽管超导体的应用还受到低温和昂贵的冷却设备的限制，但它们在科学研究和磁悬浮技术等领域具有巨大的潜力。
三、半导体半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料。
它们的电导率介于导体和绝缘体之间，并且可以通过掺杂和温度来调节。
半导体材料通常由硅（Si）和锗（Ge）等元素组成。
在半导体中，电子可以在一定条件下（例如外加电场或温度）下变得更容易导电。
半导体的导电性质对于电子器件的制造至关重要，如晶体管、光电二极管和太阳能电池等。
四、绝缘体绝缘体是指电流难以通过的一类材料。
它们具有非常高的电阻率，几乎不导电。
在绝缘体中，导带和价带之间存在较大的能量差，电子难以克服这个能量差而进行导电，所以电流在绝缘体中几乎无法流动。
绝缘体常常用于隔离电路、绝缘导线和电子器件的外包装等应用中。
综上所述，导体、超导体、半导体和绝缘体是固体材料中具有不同电学性质的种类。
导体具有高电导率和低电阻率，能够自由传导电荷；超导体在低温下表现出零电阻的特点；半导体介于导体和绝缘体之间，具有可调控的导电性；绝缘体则几乎不导电，电流难以通过。
一、导体、绝缘体和半导体：
一、导体、绝缘体和半导体：大家知道，金属、石墨和电解液具有良好的导电性能，这些有良好导电性能的材料称为导体。
如电线是用铜或铝制成的，因为它们有很强的导电性和良好的延展性。
金属的导电性能由强到弱的顺序为：银、铜、金、铝、锌、铂、锡、铁、铅、汞。
居第一位的银，但因其产量少、价格贵，只在某些电气元件中少量用到。
石墨有良好的导电性，硬度低，在空气中不燃烧，是制造电极和碳刷的好材料。
金属和石墨所以具有良好的导电性，是因为它们中存在大量自由电子，。
酸、碱和盐类的熔化液也能导电。
这些溶解于水或在熔化状态下能导电的物质叫电解质。
电解质和水分子相互作用，能在溶液中分离为正离子和负离子，这些正、负离子能自由活动，形成导电溶液。
如包在电线外面的橡胶、塑料都是不导电的物质，成为绝缘体。
常用的绝缘体材料还有陶瓷、云母、胶木、硅胶、绝缘纸和绝缘油等，空气也是良好的绝缘物质。
绝缘物质的原子结构和金属不同，其原子中最外层的电子受原子核的束缚作用很强不容易离开原子而自由活动，因而绝缘体的导电作用很差。
导体和绝缘体的区别决定于物体内部是否存在大量自由电子，导体和绝缘体的界限也不是绝对的，在一定条件下可以相互转化。
例如玻璃在常温下是绝缘体，高温时就转变为导体。
此外，还有一些物质，如硅、锗、硒等，其原子的最外层电子既不象金属那样容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子，也不象绝缘体那样受到原子核的紧紧束缚，这就决定了这类物质的导电性能介于导体和绝缘体之间，并且随着外界条件及掺入微量杂质而显著改变这类物质称为半导体。
一、导体、绝缘体和半导体：大家知道，金属、石墨和电解液具有良好的导电性能，这些有良好导电性能的材料称为导体。
如电线是用铜或铝制成的，因为它们有很强的导电性和良好的延展性。
金属的导电性能由强到弱的顺序为：银、铜、金、铝、锌、铂、锡、铁、铅、汞。
居第一位的银，但因其产量少、价格贵，只在某些电气元件中少量用到。
石墨有良好的导电性，硬度低，在空气中不燃烧，是制造电极和碳刷的好材料。
导体半导体和绝缘体的区别
导体、半导体和绝缘体的区别导体、半导体和绝缘体的区别我们知道导体是导电的那么为什么导体会导电而绝缘体又不会呢？同时我们也经常见到个词叫半导体。
半导体又是什么？那么接下来我们先来了解下他们是什么。
在了解完后再来说他们的区别吧。
导体是什么?导体(conductor)是指电阻率很小且易于传导电流的物质。
导体中存在大量可自由移动的带电粒子称为载流子。
在外电场作用下，载流子作定向运动，形成明显的电流。
金属是最常见的一类导体。
金属原子最外层的价电子很容易挣脱原子核的束缚，而成为自由电子，留下的正离子(原子实)形成规则的点阵。
金属中自由电子的浓度很大，所以金属导体的电导率通常比其他导体材料的大。
金属导体的电阻率一般随温度降低而减小。
在极低温度下，某些金属与合金的电阻率将消失而转化为“超导体”。
半导体是什么?半导体( semiconductor)，指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。
半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。
如二极管就是采用半导体制作的器件。
半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。
无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。
今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。
定义物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。
我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。
而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。
可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。
与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。
本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。
导体 半导体 绝缘体 电导率
导体半导体绝缘体电导率导体、半导体和绝缘体是固体材料分类的三个基本类别，它们的电导率（conductivity）也各不相同。
下面将分别介绍这三个材料的电导率特点。
1.导体（Conductor）导体是一种电导率极高的固体材料。
它的电流可被自由电子库仑散射传导，自由电子在导体内部的流动形成了电流。
导体中的自由电子通常是导带中电子的一个形态，其随机运动使得导体表现出很好的电导性。
导体中的电子密度较高，同时在常温下，导体几乎没有能隙，所以导体非常适合传导电流。
导体的电导率与其电阻率（resistivity）成反比，即电导率越高，电阻率越低。
金属是最常见的导体，因为金属中的导带中的电子非常容易被激发出来，并且在金属内部的结构比较松散，电子流动的空间比较宽裕。
导体具有以下特点：-电导性好，能够容易地传导电流；-电阻率低，电流通过导体时能量损失较小；-电流通过导体时会产生热量，所以导体在传导电流时会发热。
2.半导体（Semiconductor）半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它的电导率介于导体和绝缘体之间，半导体中的电流主要是由电子和空穴（带正电的电子空位）共同贡献的。
半导体在纯净的状态下，其载流体几乎没有，只有在被外界激发时才能够形成有效载流子。
半导体的电导率可以通过控制其杂质浓度和温度来调节。
通过控制杂质浓度，可以改变半导体中电子和空穴的浓度，从而调节其导电性。
此外，温度也会对半导体的电导率产生重要影响。
半导体具有以下特点：-电导率介于导体和绝缘体之间；-在无掺杂状态下，半导体几乎具有绝缘体的特性；-通过掺杂可以显著地改变其导电性；-具有半导体材料的光电效应，能够将光能转化为电能。
3.绝缘体（Insulator）绝缘体是一种电导率非常低的固体材料。
绝缘体中的电流主要依靠载流子间的电流传递，而不是载流子本身在材料内部自由运动。
绝缘体的电导率较低是因为它的价带和导带之间的能隙（band gap）较大，使得电子不能轻易跃迁到导带中。
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导电性能介于导体和绝缘体之间的物体叫做半导体。例如：硅、锗、硒、氧化铜等都是半导体。半导体在电子技术领域应用越来越广泛。
导体、半导体和绝缘体
各种物体对电流的通过有着不同的阻碍能力，这种不同的物体允许电流通过的能力叫做物体的导电性能。
通常把电阻系数小的（电阻系数的范围约在0.01~1欧·毫米/米）含有杂质的水、人体、潮湿的树木、钢筋混凝土电杆、墙壁、大地等，也是导体，但不是良导体。