1.物体的导电性
(1)金属导体
金属能导电,被称之为导体。金属之所以能导电,是因为金属的结构型式是金属键,内有受原子束缚力较小的自由电子。这些自由电子在外电场力的作用下,可脱离原子束缚力,进行定向运动而形成电流。金、银、铜、铁、铝等金属都具有良好的导电性能。
(2)绝缘体
绝缘体不能导电,这是因为这些物质其原子之间的结合是共价键,比较稳固,外电场力很难使其价电子脱离原子的束缚。因此,在绝缘体上加上电压,不会有电子的定向运动,也就是说,绝缘体施加电压后不会形成电流。橡胶、陶瓷、塑料等都是绝缘体。
(3)半导体
半导体的原子有4个价电子,原子与原子之间的结合键也是共价键,如图1-16a所示。但是,半导体的价电子受原子的束缚力较小,它能够脱离共价键,成为一个自由电子,自由电子带负电;脱离了一个电子的共价键留下一个空穴,它是带正电的(图1-16b)。由于自由电子和空穴是成对出现的,因此整个半导体仍呈中性。
图1-16 半导体的导电方式
a)半导体的共价键结构 b)半导体的空穴和自由电子
当电压施加于半导体时,在外电场力的作用下,脱离了共价键的电子被前面临近的空穴所吸引而填入空穴,而后面的自由电子又填充刚留下的空穴,半导体中的自由电子和空穴也称之为载流子。电子在电场力的作用下不断地向前移动,形成电子的定向运动,称之为电子电流;而空穴的位置发生了与电子运动方向相反的变化,可以把它看成是空穴的移动,并称之为空穴电流。
2.本征半导体(www.daowen.com)
半导体材料有硅、锗、硒,以及一些硫化物和金属氧化物等。纯的半导体称之为本征半导体,它的自由电子和空穴数量是很有限,所以其导电能力很低,但具有如下特点:
1)当半导体受热而温度升高时,共价键上的一些电子会脱出,自由电子和空穴的数量会增加,使其导电能力有明显提高。根据半导体的这一特性,可以用半导体材料制作热敏元件。
2)当半导体受光照射后,一些电子获得能量而脱出共价键,也会使自由电子和空穴的数量增加,其导电能力得以提高。根据半导体的这一特性可以将其制成光敏元件。
3.N型半导体
将硅(Si)、锗(Ge)等半导体材料掺入磷(P)等五价元素,使自由电子的数目大增,导电能力得以提高。此类半导体称之为N型半导体,其中电子是多数载流子,空穴是少数载流子,N型半导体的模型如图1-17所示。
图1-17 N型半导体
a)N型半导体的结构b)N型半导体模型
4.P型半导体
将硅(Si)、锗(Ge)等半导体材料中掺入硼(B)等三价元素,这样就使空穴的数目大增,导电能力也得以提高。此类半导体称之为P型半导体,其中空穴是多数载流子,电子是少数载流子,P型半导体的模型如图1-18所示。
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