固体材料中的导电

原子外环电子的数量仍然是导体和绝缘体之间区别的原因。众所周知，固体材料主要用于电气设备中，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。这里将考虑使电子离开价带并进入导电状态所需的能量。该图是材料内所有原子的复合图。下图显示了绝缘体、半导体和导体的能级图。

价带

底部是价带。它代表最靠近原子核的能级，价带中的能级拥有平衡原子核正电荷所需的正确电子数。因此，该能带被称为填充能带。

在价带中，电子与原子核紧密结合。在能级上向上移动，电子在每个后续能级中向原子核的结合更弱。较靠近原子核的能级上的电子不易被干扰，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。如果电子的能级位于此能带内，并且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。以下是关于它的一些基本信息 −

价带和导带被一个间隙隔开，无论存在什么，都称为禁带。要跨越禁带，需要一定量的能量。如果能量不足，电子就不会被释放进行传导。电子将留在价带中，直到它们获得额外的能量来跨越禁带。

特定材料的导电状态可以通过禁带的宽度来指示。在原子理论中，禁带的宽度以电子伏特 (eV) 表示。电子伏特定义为电子受到 1 V 电位差时获得或损失的能量。每种元素的原子具有不同的能级值，允许导电。

请注意，绝缘体的禁区相对较宽。要使绝缘体导电需要大量能量。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入导带。

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，增加热能可能足以引起半导体导电。这一特性对于固态电子器件来说非常重要。

对于导体，导带和价带部分重叠。从某种意义上说，没有禁带。因此，价带的电子能够释放成为自由电子。通常在正常室温下，导体内很少发生电传导。