半导体和导体的导电机理

Question

我知道有三个导电理论 分别是 经典自由电子理论 量子自由电子理论 还有 能带理论
我想问一下 用每个理论分别对半导体和导体的导电机理说明一下 区别？

Answer 1

一：经典自由电子理论

金属电子被束缚能较低，可以在金属中自由移动。所以加了电压就可以导电。   而半导体是以共价键形式存在，原子核对最外层电子的束缚较强，所以电子不可以随意移动。但是由于半导体是体材料，所以有好多的原子就在一起，那么他们的电子壳层就交叠在一起了。如图，那么电子就可以在这些交叠的轨道上运动了，于是也可以导电。

二：量子自由电子理论

这其实半导体和金属都是运用薛定谔的方程，再根据边界条件的值求解能量表达。他们的共同点是大都在纳米量级下才能观察到能量的量子化效应。比方说，普通金属在体材料即大块的时刻，有良好的导电导热性能，但是在纳米颗粒情况下就会绝缘。    半导体的量子化可以有量子阱，量子线，量子点等。这些情况下其能级发生分离，不再是连续的。

三：能带理论

这也是区别半导体和金属的比较易理解的方式。首先晶体中电子的分布要满足一定的波函数，而波函数也随这晶格周期性的变化。最终得到电子的分布空间是一些带。带和带之间时禁带，即不能存在电子。晶体能够导电是其中的电子在外电场的作用下做定向运动。电子在外电场下做加速运动，于是电子的能量就发生改变。从而电子从能量较低的带跃迁到高的带。半导体，就是能量较低的带里全部填充电子，能量高的带没有电子，因为满所以就好比大家在一起挤着不能动，那么就没有电流。但是有了外力，电子就跃迁，满的地方就空出位置，从而让旁边的电子移动，从而形成电流。金属的较高地方也有电子那么较高的能带上就有电子有空位（空穴），所以何时都能导电。

Answer 2

半导体分为本征半导体和掺杂半导体
1、本征半导体和杂质半导体

纯净的半导体就是本征半导体，在元素周期表中它们一般都是四价元素。

在本征半导体中按极小的比例掺入高一价或低一价的杂质元素之后便获得杂质半导体。
半导体材料制作电子器件与传统的真空电子器件相比，频率特性好、体积小、功耗小，便于电路的集成化产品的袖珍化，此外在坚固抗震可靠等方面也特别突出；但是在失真度和稳定性等方面不及真空器件。
2、载流子
半导体材料中的载流子包括自由电子和空穴。

空穴导电并不是电子运动，但是它的运动可以将其等效为载流子。空穴导电时等电量的电子会沿其反方向运动。

3、N型半导体和P型半导体

多数载子为自由电子的半导体叫N型半导体。

反之，多数载子为空穴的半导体叫P型半导体。

P型半导体与N型半导体接合后?便会形成P-N结

4、PN结最主要的物理特性

P型半导体与N型半导体接合后?便会形成P-N结。

PN结最主要的物理特性是什么是单向导电能力和较为敏感的温度特性。

PN结还被称为答：空间电荷区、阻挡层、耗尽层等。

PN结上所加端电压与电流不是线性的。加上正向电压时，P区的空穴与N区的电子在正向电压所建立的电场下相互吸引产生复合现象，导致阻挡层变薄，正向电流随电压的增长按指数规律增长，宏观上呈现导通状态，而加上反向电压时，情况与前述正好相反，阻挡层变厚，电流几乎完全为零，宏观上呈现截止状态。这就是PN结的单向导电特性。

在PN结加反向电压时并不是完全没有电流，少数载流子在反向电压的作用下产生极小的反向漏电流。

导体
在金属导体里，原子的最外层电子（价电子）受原子的束缚较松，容易脱离原子，形成在金属中自由移动的电子。这种自由电子的运动，从总体看来，类似于气体中的分子运动，即可以在一定的条件下把自由电子看作如同电子气，在一定温度下在金属中杂乱地向各方向运动。原子中除价电子外的其余部分叫原子实。在固态金属中原子实排列成整齐的点阵，称为晶体点阵。
　　自由电子在晶体点阵间跑来跑去，并不时地彼此碰撞或与点阵上的原子实碰撞，这就是金属微观结构的经典图象。由于自由电子的热运动是杂乱无章的，在没有外电场或其他原因（如电子浓度或温度不均匀）的情况下，它们沿任何方向运动的机会相同，因此电子的不规则热运动不会引起电荷沿某一方向的迁移，所以也不会引起电流。若在金属导体上加了电场，每个自由电子就将逆着电场方向发生“漂移”，这时可以认为自由电子的总速度是由它的热运动速度和因电场产生的附加定向速度两部分组成，前者的平均速度仍为零，后者的平均速度叫做漂移速度。正是这种宏观上的定向漂移运动形成了宏观的电流。

Answer 3

masi885基本上已回答