導(dǎo)體和絕緣體?簡(jiǎn)介

電傳導(dǎo)性是物質(zhì)可以傳導(dǎo)電子的性質(zhì)。按物質(zhì)是否具有電傳導(dǎo)性，可把物質(zhì)分為導(dǎo)體，半導(dǎo)體和絕緣體。

• 導(dǎo)體：金屬、電解質(zhì)溶液，一般有很高的電導(dǎo)率，很低的電阻率。

• 絕緣體：像玻璃、干燥的木材、塑料、橡膠或真空這類物質(zhì)的電導(dǎo)率很低，電阻率很高。

• 半導(dǎo)體：電導(dǎo)率在導(dǎo)體和絕緣體之間。在不同的狀況下，電導(dǎo)率會(huì)有很大的變化。例如，暴露于電場(chǎng)或某種頻率的光波，最重要地，溫度和半導(dǎo)體材料的成分。

固態(tài)半導(dǎo)體的摻雜程度會(huì)造成電導(dǎo)率很大的變化。增加摻雜程度會(huì)造成高電導(dǎo)率。水溶液的電導(dǎo)率高低跟其內(nèi)含溶質(zhì)鹽的濃度有關(guān)，或其它會(huì)分解為電解質(zhì)的化學(xué)雜質(zhì)。水樣本的電導(dǎo)率是測(cè)量水的含鹽成分、含離子成分、含雜質(zhì)成分等等的重要指標(biāo)。水越純凈，電導(dǎo)率越低（電阻率越高）。水的電導(dǎo)率時(shí)常以電導(dǎo)系數(shù)來紀(jì)錄；電導(dǎo)系數(shù)是水在25°C溫度的電導(dǎo)率。

載流子，是承載電荷的、能夠自由移動(dòng)以形成電流的物質(zhì)粒子。半導(dǎo)體的性質(zhì)跟導(dǎo)體和絕緣體不同，是因?yàn)槠淠軒ЫY(jié)構(gòu)不同；而半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力可以控制，主要是因?yàn)槠漭d流子的種類和數(shù)量與導(dǎo)體和絕緣體不同，并且可以受到控制，其調(diào)節(jié)手段就是“摻雜”，即往純凈的半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)，來改變其載流子數(shù)量、分布和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，從而改變整體導(dǎo)電性能。

絕緣體和金屬導(dǎo)體的載流子是電子，而半導(dǎo)體除了電子外，還有一種載流子叫空穴。另外還有正離子、負(fù)離子也都帶有電荷，但是在半導(dǎo)體中，它們一般不會(huì)流動(dòng)，所以認(rèn)為半導(dǎo)體的載流子就是電子和空穴這兩種。

電子作為載流子容易理解，因?yàn)槲镔|(zhì)中的原子是由原子核和電子組成的，在一定條件下掙脫原子核束縛的自由電子可以運(yùn)動(dòng)，因而產(chǎn)生電流。而所謂空穴，就是由于電子的缺失而留下的空位。這就好像車與車位的關(guān)系，假設(shè)有一排共5個(gè)車位，從左邊開始按順序停了4輛車，最右邊有1個(gè)空位，如果最左邊的車開到最右邊的空位上去，那么最左邊的車位就空出來了。看起來好像是空位從右邊到了左邊，這是一種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，車從左到右的移動(dòng)，相當(dāng)于空位從右到左的移動(dòng)。同樣道理，帶負(fù)電的電子的運(yùn)動(dòng)，可看作是帶正電的空穴的反方向運(yùn)動(dòng)。在沒有雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體中，受熱激發(fā)產(chǎn)生的移動(dòng)的電子數(shù)量和空穴數(shù)量是相等的，因?yàn)閹ж?fù)電的電子和帶正電的空穴會(huì)進(jìn)行復(fù)合，在數(shù)量大致相等的情況下，“產(chǎn)生”和“復(fù)合”會(huì)達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，這樣宏觀上看來并沒有產(chǎn)生有效電流。為了改善其導(dǎo)電性能，就引入了摻雜手段。

對(duì)集成電路來說，最重要的半導(dǎo)體材料是硅。硅原子有4個(gè)價(jià)電子，它們位于以原子核為中心的四面體的4個(gè)頂角上。這些價(jià)電子會(huì)與其他硅原子的價(jià)電子結(jié)合成共價(jià)鍵，大量的硅原子以這種方式互相結(jié)合，形成結(jié)構(gòu)規(guī)律的晶體。如果給它加入砷（或磷），砷最外層有5個(gè)電子，其中4個(gè)電子也會(huì)跟硅原子的4個(gè)價(jià)電子結(jié)合成共價(jià)鍵，把砷原子固定在硅材料的晶格中。此時(shí)會(huì)多出1個(gè)自由電子，這個(gè)電子躍遷至導(dǎo)帶所需的能量較低，容易在硅晶格中移動(dòng)，從而產(chǎn)生電流。這種摻入了能提供多余電子的雜質(zhì)而獲得導(dǎo)電能力的半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體，“N”為Negative，代表帶負(fù)電荷的意思。如果我們?cè)诩児柚袚饺肱穑˙），因?yàn)榕鸬膬r(jià)電子只有3個(gè)，要跟硅原子的4個(gè)價(jià)電子結(jié)合成共價(jià)鍵，就需要吸引另外的1個(gè)電子過來，這樣就會(huì)形成一個(gè)空穴，作為額外引入的載流子，提供導(dǎo)電能力。這種摻入可提供空穴的雜質(zhì)后的半導(dǎo)體，叫做P型半導(dǎo)體，“P”是Positive，代表帶來正電荷的意思。

需要注意的是，摻入雜質(zhì)后的半導(dǎo)體中仍然同時(shí)具有電子和空穴這兩種載流子，只是各自數(shù)量不同。在N型半導(dǎo)體中，電子（帶負(fù)電荷）居多，叫多數(shù)載流子，空穴（帶正電荷）叫少數(shù)載流子。在P型半導(dǎo)體中，則反之：空穴為多數(shù)載流子，電子為少數(shù)載流子；可以分別簡(jiǎn)稱為“多子”、“少子”。2100433B