我们把事情说得简单一点,先不提「价带9、满带、禁带和导带」这些概念,直接圈重点。
有些满轨道和空轨道挨的太近,电子可以毫不费力从满轨道跑到空轨道上,于是就能自由移动,这就是导体。这里多提一嘴,一价金属的导电原理略有不同,它的满轨道上原本就不太满,所以电子不用跑到空轨道也能移动。
但很多时候两条宽轨道之间呢,是有空隙的,电子单靠自己是跨不过去的,表现为不导电。
但如果空隙的宽度在5电子伏特°,也就是5ev之内,给电子加个额外能量,它也能跨到空轨道上,而且跨过去就能自由移动,表现为导电。
这种空隙宽度不超过5电子伏特的固体,有时电子能跨过去,有时不能,也就是说,有时导电、有时不导电,所以叫做半导体。
如果宽轨道的空隙超过5ev,那基本就得歇菜,正常情况下电子是跨不过去的,这就是绝缘体。当然,如果你给的能量足够大的话,别说5ev的空隙,50ev都照样跑过去。比如说空气属于绝缘体,而高压电就能击穿空气,从而形成电流。
到这里,由量子力学发展出的能带理论就差不多成型了,能带理论系统地解释了导体、绝缘体和半导体的本质区别,也就是说,这三者取决于满轨道和空轨道之间的间隙。学术点说,取决于价带和导带之间的禁带宽度。
这里有个问题,一旦细轨道变少了,能不能挤成宽轨道就不好说了,所以能带理论本质上是一个近似理论,需要很多原子挤在一起,不适用于由少量原子组成的固体。这也是芯片存在发展瓶颈的根本原因。