固体材料中的传导

原子外环中的电子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以实现电子传导。这些材料可以分为导体、半导体和绝缘体。

然而，导体、半导体和绝缘体是通过能级图来区分的。此处将说明使电子离开其价带并进入传导所需的能量。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图所示。

价带

底部是价带。它代表最接近原子核的能级，价带中的能级保持平衡原子核正电荷所需的正确电子数。因此，这个带被称为填充带。

在价带中，电子与原子核紧密结合。在能级中向上移动，电子在每个后续能级中与原子核的结合更加轻微。在靠近原子核的能级中干扰电子并不容易，因为它们的运动需要更大的能量，并且每个电子轨道都有不同的能级。

图中顶部或最外层的能带称为导带。如果一个电子的能级位于该带内，并且可以在晶体中相对自由地移动，那么它就会传导电流。

在半导体电子学中，我们主要关注价带和导带。以下是有关它的一些基本信息 -

价带和导带被一个间隙隔开，只要存在，称为禁带。要跨越禁带，需要一定的能量。如果不足，则不会释放电子进行传导。电子将保持在价带中，直到它们获得额外的能量以穿过禁带。

特定材料的导电状态可以通过禁带宽度来表示。在原子理论中，间隙的宽度以电子伏特 (eV) 表示。电子伏特定义为当电子受到 1 V 的电势差时获得或损失的能量。每个元素的原子具有不同的能级值，允许传导。

请注意，绝缘体的禁区相对较宽。要使绝缘体进入导电状态，需要非常大量的能量。例如，Thyrite。

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中。

从能带图中可以清楚地看出，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，添加的热能可能足以在半导体中引起传导。这一特殊特性在固态电子设备中非常重要。

在导体的情况下，导带和价带部分彼此重叠。从某种意义上说，没有禁区。因此，价带的电子能够释放出来成为自由电子。通常在正常室温下，导体内很少发生导电。