导体和绝缘体

所有物质都是由原子构成。在任何原子的中心都是一个很小的密集的核心叫原子核，图8-1（a）表示了一个铜原子的原子核，它是由带正电的粒子——质子和中性粒子——中子共同组成的。环绕在原子核周围的是旋转的电子，它是带负电的粒子。与其它所有的原子一样，铜的原子含有等量的质子和电子，因此，整个原子对外显示的净电荷是零。

在电子学中，我们主要感兴趣的是离原子核最远的轨道，称为价原子轨道。以铜原子为例，它只有一个价电子，铜原子可以简化表示为图8-1（b）。这里，原子核和前三个轨道上的电子中和后剩下一个净正电荷，这正好与一个价电子平衡。

导体是电子电路中基本的传输路径。图8-2表明了一根铜导线中的电子是如何流动的。一个铜原子包括一个带正电荷的原子核和一个环绕在原子核周围带负电荷的电子。图8-2仅简单地画出了最外层轨道上的电子，即价电子。因为价电子充当了载流子的作用，所以他非常重要。

即使一小段导线，它也包含了数以十亿计的原子。每个原子都带一个价电子。这些电子对原子核的依附作用小，十分容易移动。如果一个电动势（电压）加到导线上，价电子就会马上响应并且开始向电源的正端漂移。因为有太多的价电子并且极易自由移动，我们可以想象巨大数量的电子被一个很小的电压驱使，朝着给定的方向运动。铜是一种优良的导体，它的电阻很小。

加热铜导线将会改变它的电阻。因为导线变得越热，价电子变得越活跃。它们移动得离原子核也更远，并且它们移动的速度也更快。这种无规则运动增加了载流子向导线正端漂移过程中的碰撞机会，并增大了对电流流动的阻力。因此，当加热时导线的电阻会增加。

所有的导体都表现出这种效应，当它们变热后其导电能力下降，电阻增加。这样的材料称为具有正温度系数。简单地说，就是电阻和温度之间的关系是正向的，即它们同时增大。

在电子学中铜是应用最广泛的导体。导线大多是用铜做的，印刷板电路上也用铜箔来充当电路导体。铜是一种优良的导体，并且容易焊接，是最常用的导电材料。

铝也是一种优良的导体，但是它没有铜那么好。铝更多是用在电力变压器和输电线中，而不是电子学中。铝的价格比铜便宜，但不易焊接，而且在与其它金属导体连接时更容易被腐蚀。

银是最好的导体，它的电阻率最低，也容易焊接。但其高价使得银不能像铜那样广泛使用。然而，镀银导线有时用在重要的电子电路中以便把电阻减到最小。

金也是一种优良的导体。它非常稳定，不像铜和银那样易被腐蚀。许多可调节和移动的接触点是镀金的，以便提高接触点的可靠性。

与导体相反的物质叫做绝缘体。在绝缘体中，价电子被其母原子紧紧束缚住，它们不容易自由移动，因此当加载电压时，绝缘体只有很少电流或根本没有电流。几乎所有用在电子技术上的绝缘体都是由化合物制成。一些被广泛运用的绝缘材料有橡胶、塑料、聚脂薄膜、陶瓷、特氟隆（聚四氟乙烯）和聚苯乙烯等。

一种物质是否绝缘取决于它原子的排列。碳就是这样一种物质，图8-3（a）表示的是金刚石结构中碳原子的排列。这种晶体即金刚石的结构，其价电子不能自由移动而形成载流子，故金刚石是绝缘体。图8-3（b）展示的是碳排列成石墨结构，这里，当加载一个电压时价电子可以自由移动。金刚石和石墨都是由碳元素构成的，一个是绝缘体，一个不是绝缘体，这看上去很奇怪，但又很简单，仅仅是在物质结构中价电子是否被固定住。构成石墨结构的碳习惯上用于制作电阻器和电极。迄今为止，构成金刚石结构的碳还未用于制作电或电子器件。

关于电子学：

用于制作掺杂物、半导体和微波设备的材料

l 在微波设备中镓砷化合物比硅要好，因为它的电子移动得更快；

l 用来做掺杂的物质不止硼、砷；

l 理论上半导体器件可由晶体碳制成；

l 晶体无线接收机是半导体的早期应用。