Page 116 - 信息的脉络

·信息的脉络·
例如，在铜这类金属导体中，最低能带有许多层空的能级，传导电子可以自
由移动到空能级，当施加电压时，传导电子就会获得能量，产生电流，因此它们
是导体。而像碳这类绝缘体，最底层能带是满的，并且跟下一个能带之间存在巨
大的能隙。在这种情形下，几乎没有电子可以从碰撞中获得跳到空能带或更高能
带的能量。当向这类材料施加电压时，电子附近没有空能级可以使其转移和获得

能量，就无法形成电流。因此他们是绝缘体。
半导体的能带结构与绝缘体类似，底层能带也是满的，不过它们的底层能带
与下一个能带的能隙要比绝缘体小得多。在常温下，一些电子受到热碰撞激发，

进入更高的传导带。在施加电压时，高层能带会有大量空态可供电子转移，并且
允许这些电子获得能量。在底层能带中也有一些用来导电的空态。因此，半导体
可以轻松传导电流，但是相比于导体和绝缘体，半导体的导电性能更大程度上取
决于自身的温度。
在现代，科学家们用一个数字——电阻率，来区分它们。电阻率表明了物体

阻挡电流的程度，数字越小，说明越不阻挡，即电流越容易通过。例如，一般将
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电阻率小于 10 万分之一（10 Ω·m）的材料称为导体，如金属材料等；而将电阻
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率大于 1 亿（10 Ω·m）的材料称为绝缘体，如陶瓷、橡胶、塑料等。
用电阻率来区分导体、半导体、绝缘体，使得它们的界限看上去清楚，但同
时却又使得它们的界限变得模糊起来。这是因为，某种物质的电阻率并非一成不
变，它会随着温度、光照等种种外界条件的变化而变化。也就是说，一定条件下，
原来我们称为半导体和绝缘体的东西，也有可能表现出导电的性能；原来导电的，
也有可能变成不导电。半导体具有天生的过敏体质，对很多东西都敏感，包括热、

光、电流方向等。因此，当环境中的这些因素变化之后，半导体材料便可能从绝
缘体成为导体。

晶体管和集成电路

实际中，纯半导体本身并没有太大的意义。太纯净的硅，虽然敏感，有时在
应用上却不是最理想的。科学家们发现，如果提炼出了纯净的硅晶体后，再在其
中人为地掺和一些特别的杂质，将会得到某些特殊的有用性质，这就是半导体另
外一个重要的敏感特性——掺杂性。只要半导体材料中加进了微量的杂质，就会

使材料的性能有很大改变。没有掺杂的纯净半导体叫做本征半导体。
在金属中，几乎每个原子都会贡献一个或多个传导电子，但在半导体中，大
约一亿个原子中只有一个原子贡献一个导电电子。这个不利之处却有一个很大的
优点，那就是通过向半导体中掺入少量杂质——杂质原子（大约每一百万中添加

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