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10.2 : 半导体基础知识

金属、半导体和绝缘体等材料的导电性各不相同,这些差异可通过能带图来直观的展示出来。

由于铜(Cu)、锌(Zn)或铅(Pb)等金属具有低电阻率,并且其导带要么未被完全占据,要么与价带重叠,因此不存在带隙。这使得价带中最高能级的电子从施加的电场中获得最小动能后,便可以轻松的跃迁到导带。因此,金属具有许多接近于填充态的可用状态,从而有助于电流的流动。

半导体中具有一个填充的价带和一个空导带,两者之间具有一个小的带隙,大约为 1 eV,这使得一些价电子能够在室温下被热激发到导带中。这便产生了适量的电荷载流子,从而使得半导体的导电性比绝缘体更好但比金属更差。半导体的带隙能量各不相同,例如硅(Si)的带隙能量为 1.12 eV,砷化镓(GaAs)的带隙能量为 1.42 eV。

在二氧化硅(SiO_2)等绝缘体中,价带中是充满电子的,导带则为空。绝缘体具有较大的带隙,使得价电子在室温下难以被导带激发。这是因为绝缘体中的价电子参与了强共价键,需要大量的能量才能够使其发生断裂。被填满的价带和空的导带之间存在较大的能隙,室温下的热能不足以激发电子穿过该能隙。因此,可用于传导的电子是极少的,从而使得材料无法有效地传导电流。

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SemiconductorsElectrical ConductivityMetalsInsulatorsEnergy Band DiagramsConduction BandValence BandBandgapCharge CarriersSiliconSilicon DioxideGallium ArsenideResistivityThermal ExcitationElectrical Current

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