半導(dǎo)體和導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理有何不同

半導(dǎo)體和導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理有何不同

半導(dǎo)體和導(dǎo)體是電子學(xué)中常見(jiàn)的兩種材料，它們?cè)陔娮觽鲗?dǎo)方面有著不同的導(dǎo)電機(jī)理。在本文中，我們將詳細(xì)探討半導(dǎo)體和導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理，以及它們的區(qū)別。

導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

導(dǎo)體是一種能夠自由傳導(dǎo)電子的材料。導(dǎo)體內(nèi)的電子被稱為自由電子。這些自由電子可以在電場(chǎng)的作用下移動(dòng)，從而導(dǎo)致電流的流動(dòng)。導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理可以用光學(xué)模型或電子氣模型來(lái)解釋。其中光學(xué)模型是最常見(jiàn)的。

光學(xué)模型假設(shè)導(dǎo)體中的自由電子與金屬原子形成的晶格結(jié)構(gòu)相互碰撞，并在其中產(chǎn)生電阻。因此，導(dǎo)體的阻值正比于自由電子與晶格的碰撞次數(shù)。具體地說(shuō)，當(dāng)外加電壓作用于導(dǎo)體時(shí)，電場(chǎng)會(huì)加速自由電子，使其移動(dòng)。但是，當(dāng)自由電子與晶格相互碰撞時(shí)，它的速度將會(huì)受到影響，并且在傾向于沿電流方向移動(dòng)。這種碰撞導(dǎo)致自由電子被散布程序增加，從而導(dǎo)致電阻增加。因此，在導(dǎo)體中，電阻是電流的函數(shù)，即歐姆定律成立。

電子氣模型假設(shè)導(dǎo)體中的自由電子是自由移動(dòng)而不受碰撞干擾的。這個(gè)模型是基于自由電子進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的概念。這種模型適用于稀薄氣體和水平電場(chǎng)非常低的材料。由于射線的效應(yīng)，導(dǎo)體中的電子會(huì)被激發(fā)出來(lái)，形成電子氣。這些電子會(huì)在導(dǎo)體中自由運(yùn)動(dòng)，使得其電阻率非常低。

導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理可以通過(guò)下面這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行解釋。將連接了電池、電流表和電阻器的導(dǎo)線連接起來(lái)并浸入水中，在這種情況下，電流無(wú)法通過(guò)水，因?yàn)樗袥](méi)有自由電子，無(wú)法形成電流。

半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

半導(dǎo)體是電子學(xué)中另一種常見(jiàn)的材料類型。半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理與導(dǎo)體類似，但也有很大的區(qū)別。在半導(dǎo)體中，電子處于晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)，并以共價(jià)鍵結(jié)合在原子中。共價(jià)鍵是一種不共享電子對(duì)的鍵，它的電子因泡利原理而在同一狀態(tài)中，并被吸引在原子間。

當(dāng)不共享電子對(duì)位于半導(dǎo)體的表面上時(shí)，這些電子處于較高的狀態(tài)，并且可以容易地被電場(chǎng)推動(dòng)在半導(dǎo)體內(nèi)移動(dòng)。半導(dǎo)體中的雜質(zhì)、冷卻或加熱等外部性質(zhì)都會(huì)影響這個(gè)電子。例如，將硼（B），硒（Se）和硅（Si）添加到半導(dǎo)體中，可以增加其導(dǎo)電性，從而使其適用于電子學(xué)中常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景。

同樣像導(dǎo)體一樣，半導(dǎo)體也可以通過(guò)光學(xué)模型來(lái)解釋其導(dǎo)電機(jī)理。由于行為不確定性，半導(dǎo)體中的自由電子的數(shù)量和運(yùn)動(dòng)方向也不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致電阻變化的不確定性。

當(dāng)外部電場(chǎng)被施加時(shí)，會(huì)加速半導(dǎo)體中的自由電子，使其移動(dòng)。然而，半導(dǎo)體中的非自由電子仍受限于晶格結(jié)構(gòu)，并不能像自由電子一樣運(yùn)動(dòng)。因此，情況與導(dǎo)體不同，每個(gè)半導(dǎo)體電流只能在一定范圍內(nèi)流動(dòng)。

總結(jié)

綜上所述，導(dǎo)體和半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理有很大不同。導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理基于光學(xué)模型和電子氣模型，自由電子在電場(chǎng)的作用下沿電流方向移動(dòng)，但在晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)碰撞時(shí)存在阻力，從而導(dǎo)致電阻產(chǎn)生。相反，半導(dǎo)體中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)意味著電子需要受到外部輻射才能移動(dòng)。在半導(dǎo)體中，只有一部分電子能夠自由移動(dòng)，并且流速通常在一定范圍內(nèi)，也許可以理解為半導(dǎo)體中不同電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是無(wú)序的。

總的來(lái)說(shuō)，雖然導(dǎo)體和半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理存在很大的區(qū)別，但它們?cè)陔娮訉W(xué)中都具有非常大的應(yīng)用價(jià)值。理解它們的導(dǎo)電機(jī)理對(duì)于電子學(xué)領(lǐng)域的學(xué)生和研究人員來(lái)說(shuō)是非常重要的。