按照材料的導(dǎo)電性，可以分為三類：導(dǎo)體( conductors)、半導(dǎo)體(semiconductors)和絕緣體(insulators)。在這一節(jié)中，我們將會討論半導(dǎo)體的性質(zhì)，并且分別與導(dǎo)體和絕緣體互相比較。
    在學(xué)習(xí)完本節(jié)內(nèi)容后，你應(yīng)該能夠：參與討論半導(dǎo)體、導(dǎo)體和絕緣體的性質(zhì)，以及它們之間的基本差異；說明原子核的結(jié)構(gòu)和特性；說明銅、硅、鍺和碳的原子結(jié)構(gòu)；列出四種最佳的導(dǎo)體；列出四種半導(dǎo)體；參與討論導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間的差異；參與討論半導(dǎo)體硅和鍺之間的差異；說明硅比鍺更廣泛地應(yīng)用在工業(yè)界的原因。
    所有的物質(zhì)都是由原子組成。這些原予決定物質(zhì)的電特性，包括導(dǎo)通電流的能力。為了方便研究它們的電特性，我們將原子視為由價能階層和核心組成，而核心包括原子核和所有內(nèi)部能階層。這個概念我們以圖1.4的碳原子加  以說明。碳元素應(yīng)用在某些種類的電阻中。請注意，碳原子在價能階層有四個電子，而在+6能階層則有兩個電子。碳的原子核是由六個質(zhì)子和六個中子組成，所以用+6表示六個質(zhì)子所帶的正電荷。因此，碳的核心就有凈電荷+4（+6是原子核的正電荷，而一2則是內(nèi)部能階層的電子所帶負(fù)電荷）。

                            
   1. 導(dǎo)  體
    導(dǎo)體是能夠容易導(dǎo)電的物質(zhì)。良導(dǎo)體都是單一元素的物質(zhì)。例如，銅、銀、金和鋁，它們的共性都是只有一個價電子且很松散的附于原子外層。這些松散的價電子，可以很容易的離開原子而成為自由電子。因此，導(dǎo)體物質(zhì)中會有許多的自由電子，可以朝同一個方向流動而形成電流。
   2.絕緣體
    絕緣體就是在正常情況下，不會導(dǎo)電的物質(zhì)。大部分好的絕緣體都屬于化合物而不是單一元素的物質(zhì)。絕緣體所擁有的價電子都被原予緊緊地束縛在一起。因此絕緣體只有很少的自由電子。
   3. 半導(dǎo)體
    半導(dǎo)體物質(zhì)的導(dǎo)電性是處在導(dǎo)體和絕緣體之間。半導(dǎo)體如果是在純質(zhì)(本質(zhì)態(tài)，intrinsic)情況下，既不是良導(dǎo)體也不是好的絕緣體。最常見的純質(zhì)半導(dǎo)體是硅、鍺和碳�；衔镄桶雽�(dǎo)體如砷化鎵(gallium arsenide)也常在工業(yè)界使用。純元素半導(dǎo)體原子的特性就是擁有四個價電子。
   4. 能  帶
    找們回想一下，原子的價能階層(valence shell)代表最外一層的能帶(energy bands)，而價電子則位于此能帶。當(dāng)電子獲得足夠的額外能量后，它就能夠離開價能階層，而成為自由電子，然后就停留在所謂的導(dǎo)帶( con-duction band)中。
    在價帶和導(dǎo)帶之間的能量差，我們稱為能隙(energy gap)。這個能量差就是價電子從價帶跳到導(dǎo)帶，所需擁有的能量。一旦電子到達導(dǎo)帶，電子就能在材料中自由移動，而不會受到任何原子的束縛。
    圖1.5顯示出絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體的能階圖。請注意，在圖1.5(a)中顯示絕緣體在導(dǎo)帶和價帶中間，存在著很寬的能隙。
    除非在絕緣體材料兩端施加極高電壓的特殊條件下，絕緣體的價電子才有可能跳到導(dǎo)帶。在圖1.5(b)中，你也可以觀察到半導(dǎo)體具有稍微狹窄的能隙。這個能隙允許一些價電子跳到導(dǎo)帶而成為自由電子。相對地，在圖1.5(c)中，導(dǎo)體的能階帶互相重疊。因此，導(dǎo)體隨時都擁有大量的自由電子。

     5.半導(dǎo)體原子和導(dǎo)體原子的比較
    硅是半導(dǎo)體，而銅是導(dǎo)體。圖1.6顯示出硅原子和銅原子的結(jié)構(gòu)圖。請注意，硅原子的核心具有+4的凈電荷（14個質(zhì)子減去10個電子），而銅原子的核心則有+1的凈電荷（29個質(zhì)子減去28個電子）。核心是除了價電子以外的所有部分。

                     
    銅原子的價電子會“感受到”+1的吸引力，而硅原子的價電子會感受到+4的吸引力。因此，在硅材料中將價電子束縛在原子四周的吸引力，比銅原子多四倍。銅的價電子位于第四層的能階層，而硅的價電子位于第三層的能階層，因此銅原子的價電子距離原子核更遠(yuǎn)。我們回想一下，離原子核最遠(yuǎn)距離的電子是具有最高的能量。
    因此，銅的價電子比硅的價電子受到原子核的束縛力小。而且，銅的價電子比硅的價電子具有更高的能量。這意味著銅原子的價電子比硅原子的價電子更容易獲得足夠的能量，脫離銅原子而成為導(dǎo)帶的自由電子。事實上，在室溫下，銅已經(jīng)有大量的價電子擁有充分的能量成為自由電子。 
   6.硅和鍺
    圖1.7顯示硅( silicon)和鍺(germanium)的原子結(jié)構(gòu)。硅是二極管、晶體管、集成電路和其他半導(dǎo)體元件最經(jīng)常使用的材料。請注意硅和鍺都有四個價電子的特性。

                
    鍺的價電子位于第四層的能階層，而硅的價電子則位于第三層的能階層，因此硅的價電子較接近原子核。這意味著鍺的價電子較硅的價電子位于更高的能階上，因此只需要較少的額外能量就可以脫離原子。這個特性使鍺原子在高溫下較不穩(wěn)定， PCI2050BIZHK這也就是為什么硅是最常使用半導(dǎo)體材料的根本原因。