导体半导体和绝缘体的区别.docx

导体、半导体和绝缘体的区别导体、半导体和绝缘体的区别我们知道导体是导电的那么为什么导体会导电而绝缘体又不会呢？同时我们也 经常见到个词叫半导体半导体又是什么？那么接下来我们先来了解下他们是什 么在了解完后再来说他们的区别吧导体是什么?导体(conduc tor)是指电阻率很小且易于传导电流的物质导体中存在大量可 自由移动的带电粒子称为载流子在外电场作用下，载流子作定向运动，形成明显 的电流金属是最常见的一类导体金属原子最外层的价电子很容易挣脱原子核的束 缚，而成为自由电子，留下的正离子(原子实)形成规则的点阵金属中自由电子的 浓度很大，所以金属导体的电导率通常比其他导体材料的大金属导体的电阻率一 般随温度降低而减小在极低温度下，某些金属与合金的电阻率将消失而转化为 “超导体”半导体是什么?半导体(semiconductor)，指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体 (insula tor)之间的材料半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用 如二极管就是采用半导体制作的器件半导体是指一种导电性可受控制，范围可从 绝缘体至导体之间的材料无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性 都是非常巨大的。

今日大部分的电子产品，如计算机、移动或是数字录音机当 中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连常见的半导体材料有硅、锗、砷化 镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种定义物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘 体而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体可以简单的 把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体与导体和绝缘体相比，半导体材料的 发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在 才真正被学术界认可本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体在极低温度 下，半导体的价带是满带(见能带理论)，受到热激发后，价带中的部分电子会越过 禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形 成一个带正电的空位，称为空穴空穴导电并不是实际运动，而是一种等效电子 导电时等电量的空穴会沿其反方向运动 它们在外电场作用下产生定向运动而形 成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电这种由于电子-空穴对的产生而形成 的混合型导电称为本征导电。

导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为 复合复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）在一 定温度下，电子- 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有 一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率温度升高时，将产生更多的电子- 空 穴对，载流子密度增加，电阻率减小无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实 际应用不多分类半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类锗和硅是最常用的元素半导体;化合物半导体包括第III和第V族化 合物（砷化镓、磷化镓等）、第II和第切族化合物（硫化镉、硫化锌等）、氧化物 （锰、铬、铁、铜的氧化物），以及由III-V族化合物和II-W族化合物组成的固溶体 （镓铝砷、镓砷磷等）除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导 体等半导体的'分类，按照其制造技术可以分为：集成电路器件，分立器件、光电 半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类，一般来说这些还会被分成小类此外 还有以应用领域、设计方法等进行分类，虽然不常用，但还是按照 IC、LSI、 VLSI （超大LSI）及其规模进行分类的方法此外，还有按照其所处理的信号，可以 分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。

绝缘体是什么?不善于传导电流的物质称为绝缘体（Insulator），绝缘体又称为电介质它们 的电阻率极高绝缘体的定义：不容易导电的物体叫做绝缘体 绝缘体和导体， 没有绝对的界限绝缘体在某些条件下可以转化为导体这里要注意：导电的原 因：无论固体还是液体，内部如果有能够自由移动的电子或者离子，那么他就可以 导电没有自由移动的电荷，在某些条件下，可以产生导电粒子，那么它也可以成 为导体基本释义绝缘体是指在通常情况下不传导电流的物质又称电介质绝缘体的特点是分 子中正负电荷束缚得很紧，可以自由移动的带电粒子极少，其电阻率很大，约为 10〜10欧姆 米，所以一般情况下可以忽略在外电场作用下自由电荷移动所形成 的宏观电流，而认为是不导电的物质绝缘体可分为气态（如氢、氧、氮及一切在 非电离状态下的气体）、液态（如纯水、油、漆及有机酸等）和固态（如玻璃、陶瓷、 橡胶、纸、石英等）三类固态的绝缘体又分为晶体和非晶体两种实际的绝缘体 并不是完全不导电的，在强电场作用下，绝缘体内部的正负电荷将会挣脱束缚，而 成为自由电荷，绝缘性能遭到破坏，这种现象称为电介质的击穿电介质材料所能 承受的最大电场强度称为击穿场强。

在绝缘体中，存在着束缚电荷，在外电场作用 下，这种电荷将作微观位移，从而产生极化电荷，就是所谓电介质的极化电介质 按其物理性能可分为各向同性电介质和各向异性电介质两种就极化机制可分为无 极分子和有极分子两种绝缘体在工程上大量用作电气绝缘材料、电容器的介质和 特殊的电介质器件如压电晶体等绝缘体的传导性决定于物质中电子的行为.晶体中的电子行为取决于能带结构. 导带全空，价带全满的物质即为绝缘体，导带底和价带顶的能量差（带隙）很大时， 在通常的电场下不导电.对于能隙较小的物质，在温度较低时虽为绝缘体，但温度 升高时，价带电子被激发到导带，也会导电.另外，带隙中的杂质能级上的电子或 空穴激发到导带或价带时，也会导电这两种情况的物质通常称为半导体.当用能 量大于带隙的光照射绝缘体时，价带电子被激发到导带，在价带留下空穴，这二者 都可导电，这种现象称为光电导.大多数绝缘体都有极化性质，因此绝缘体有时也 称为电介质.绝缘体在一般电压下是绝缘的，当电压增加到一定限度时，将发生介 电击穿，绝缘状态破坏.结构绝缘体是一种可以阻止热（热绝缘体）或电荷（电绝缘体）流动的物质电绝缘体 的相对物质就是导体和半导体，他们可以让电荷通畅的流动（注：严格意义上说， 半导体也是一种绝缘体，因为在低温下他会阻止电荷的流动，除非在半导体中掺杂 了其他原子，这些原子可以释放出多余的电荷来承载电流）。

术语电绝缘体与电介 质有相同的意思，但是两种术语分别用在不同的领域中一个完全意义上的热绝缘体，根据热力学第二定律是不可能存在的然而，有 一些材料（如二氧化硅）就非常接近真正的电绝缘体，从而产生了闪存技术一个更大类别的材料，如，橡 胶和很多的塑料，对于家庭和办公室配线来说都是"完美”的，没有安全性方面的 隐患， 并且效率也很高在没有发明出更好的合成（物理或化学反应）物质前，在大自然的固有物质中， 云母和石棉都可以作为很好的热和电绝缘体原理绝缘体在某些外界条件，如加热、加高压等影响下，会被“击穿”，而转化为 导体在未被击穿之前，绝缘体也不是绝对不导电的物体如果在绝缘材料两端施 加电压，材料中将会出现微弱的电流绝缘材料中通常只有微量的自由电子，在未被击穿前参加导电的带电粒子主要 是由热运动而离解出来的本征离子和杂质粒子绝缘体的电学性质反映在电导、极 化、损耗和击穿等过程中导电绝缘体是不存在电导的物质电子能带理论指出，固体中的电子仅允许存在于 一定的能量状态，这些能量状态形成彼此分离的能带电子趋向于先占据能量最低 的能带，在绝对零度能够被填满的能量最高的能带叫做价带，价带之上的能带叫做 导带，价带和导带之间的空隙叫做能隙。

在绝对零度以上，价带电子部分被激发而 跃迁至导带，成为导带电子，并在价带留下空穴根据能带理论，被电子填满的能 带或空的能带对电导没有贡献，电导仅来源于半满的能带，导带电子和价带空穴合 称载流子金属的导带被部分填充，因而有好的电导对于半导体和绝缘体，在绝 度零度下价带被填满，而导带没有电子在常温下，半导体由于能隙较小，可以通 过热激发而形成电子空穴对，因而具有一定的电导相反，绝大多数绝缘体通常具 有非常大的带隙宽度，价带电子很难被激发至导带，因此绝缘体的载流子浓度极 低，相应地电导也极低，或者说这种材料绝缘对于绝缘体，总存在一个击穿电压，这个电压能给予价带电子足够的能量，将 其激发到导带一旦超过了击穿电压，这种材料就不再绝缘了然而，击穿通常伴 随着破坏材料绝缘性的物理或化学变化以上讨论仅涉及电子导电除了不存在电子导电，绝缘体中也不能有其他移动 电荷带来的电导例如，如果液体或气体中有离子存在，离子可以定向移动形成电 流，因而这种材料是导体电解液或等离子体都是导体，不管有没有电子的流动存 在击穿绝缘体都会受到电击穿的影响当外加电场超过某个阈值，（这个阈值与材料 的能隙宽度成正比），绝缘体将突然转变为导体，并可能带来灾难性的后果。

在电 击穿过程中，自由电子被强电场加速到足够高的速度，这些高速电子与束缚电子撞 击，能使束缚电子脱离原子的束缚（电离）新的自由电子又能被加速并撞击其他原 子，产生更多的自由电子，形成一个链式反应很快绝缘体中将会充满可移动的载 流子，因此其电阻将降至一个很低的水平在空气中，电晕放电是高电压导体附近 的正常电流;电弧放电是非正常，不希望见到的电流相似地，击穿可以发生在任 何绝缘体，甚至是固体中甚至连真空都存在某种形式的击穿，但这种击穿或称真 空电弧与电极表面的电子发射有关，而不是由真空本身产生的种类绝缘体的种类很多：固体如塑料、橡胶、玻璃，陶瓷等;液体如各种天然矿物油、硅油、三氯联苯等;气体如空气、二氧化碳、六氟化硫等与导体关系绝缘体和导体不是绝对的，二者之间没有不可逾越的鸿沟二者的区分主要是内部能自由移动的电荷的数量，然而也跟外部条件（如电 压、温度等）有关在常温下绝缘的物体，当温度升高到相当的程度，由于可自由 移动的电荷数量的增加，会转化成导体三者的区别按固体能带理论，物质的核外电子有不同的能量根据核外电子能级的不同， 把它们的能级划分为三种能带：导带、禁带和价带（满带）在禁带里，是不允许有电子存在的。

禁带把导带和价带分开，对于导体，它的 大量电子处于导带，能自由移动在电场作用下，成为载流子因此，导体载流子 的浓度很大对绝缘体和半导体，它的电子大多数都处于价带，不能自由移动但在热、光 等外界因素的作用下，可以使少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上去成为载 流子绝缘体和半导体的区别主要是禁的宽度不同半导体的禁带很窄，（一般低于 3eV），绝缘体的禁带宽一些，电子的跃迁困难得多因此，绝缘体的载流子的浓度 很小导电性能很弱实际绝缘体里，导带里的电子不是没有，并且总有一些电子 会从价带跃迁到导带，但数量极少所以，在一般情况下，可以忽略在外场作用下 它们移动所形成的电流导体导电性好,可做导线.绝缘体一般不导电,可做导线包皮.半导体导电性介于 两者之间,用半导体材料制成的二极管具有单向导电性,可用于整流,也可判断电流 方向.各种物体对电流的通过有着不同的阻碍能力,这种不同的物体允许电流通过的 能力叫做物体的导电性能.通常把电阻系数小的（电阻系数的范围约在 0.01~1 欧毫米/米）、导电性能好的 物体叫做导体.例如：银、铜、铝是良导体;含有杂质的水、人体、潮湿的树木、钢筋混凝土电杆、墙壁、大地等,也是导 体,但不是良导体.电阻系数很大的（电阻系数的范围约为 10~10欧姆 毫米/米）、导电性能很差的 物体叫做绝缘体.例如：陶瓷、云母、玻璃、橡胶、塑料、电木、纸、棉纱、树脂 等物体,。