按照材料的导电性，可以分为三类：导体( conductors)、半导体(semiconductors)和绝缘体(insulators)。在这一节中，我们将会讨论半导体的性质，并且分别与导体和绝缘体互相比较。
    在学习完本节内容后，你应该能够：参与讨论半导体、导体和绝缘体的性质，以及它们之间的基本差异；说明原子核的结构和特性；说明铜、硅、锗和碳的原子结构；列出四种最佳的导体；列出四种半导体；参与讨论导体和半导体之间的差异；参与讨论半导体硅和锗之间的差异；说明硅比锗更广泛地应用在工业界的原因。
    所有的物质都是由原子组成。这些原予决定物质的电特性，包括导通电流的能力。为了方便研究它们的电特性，我们将原子视为由价能阶层和核心组成，而核心包括原子核和所有内部能阶层。这个概念我们以图1.4的碳原子加  以说明。碳元素应用在某些种类的电阻中。请注意，碳原子在价能阶层有四个电子，而在+6能阶层则有两个电子。碳的原子核是由六个质子和六个中子组成，所以用+6表示六个质子所带的正电荷。因此，碳的核心就有净电荷+4（+6是原子核的正电荷，而一2则是内部能阶层的电子所带负电荷）。

                            
   1. 导  体
    导体是能够容易导电的物质。良导体都是单一元素的物质。例如，铜、银、金和铝，它们的共性都是只有一个价电子且很松散的附于原子外层。这些松散的价电子，可以很容易的离开原子而成为自由电子。因此，导体物质中会有许多的自由电子，可以朝同一个方向流动而形成电流。
   2.绝缘体
    绝缘体就是在正常情况下，不会导电的物质。大部分好的绝缘体都属于化合物而不是单一元素的物质。绝缘体所拥有的价电子都被原予紧紧地束缚在一起。因此绝缘体只有很少的自由电子。
   3. 半导体
    半导体物质的导电性是处在导体和绝缘体之间。半导体如果是在纯质(本质态，intrinsic)情况下，既不是良导体也不是好的绝缘体。最常见的纯质半导体是硅、锗和碳。化合物型半导体如砷化镓(gallium arsenide)也常在工业界使用。纯元素半导体原子的特性就是拥有四个价电子。
   4. 能  带
    找们回想一下，原子的价能阶层(valence shell)代表最外一层的能带(energy bands)，而价电子则位于此能带。当电子获得足够的额外能量后，它就能够离开价能阶层，而成为自由电子，然后就停留在所谓的导带( con-duction band)中。
    在价带和导带之间的能量差，我们称为能隙(energy gap)。这个能量差就是价电子从价带跳到导带，所需拥有的能量。一旦电子到达导带，电子就能在材料中自由移动，而不会受到任何原子的束缚。
    图1.5显示出绝缘体、半导体和导体的能阶图。请注意，在图1.5(a)中显示绝缘体在导带和价带中间，存在着很宽的能隙。
    除非在绝缘体材料两端施加极高电压的特殊条件下，绝缘体的价电子才有可能跳到导带。在图1.5(b)中，你也可以观察到半导体具有稍微狭窄的能隙。这个能隙允许一些价电子跳到导带而成为自由电子。相对地，在图1.5(c)中，导体的能阶带互相重叠。因此，导体随时都拥有大量的自由电子。

     5.半导体原子和导体原子的比较
    硅是半导体，而铜是导体。图1.6显示出硅原子和铜原子的结构图。请注意，硅原子的核心具有+4的净电荷（14个质子减去10个电子），而铜原子的核心则有+1的净电荷（29个质子减去28个电子）。核心是除了价电子以外的所有部分。

                     
    铜原子的价电子会“感受到”+1的吸引力，而硅原子的价电子会感受到+4的吸引力。因此，在硅材料中将价电子束缚在原子四周的吸引力，比铜原子多四倍。铜的价电子位于第四层的能阶层，而硅的价电子位于第三层的能阶层，因此铜原子的价电子距离原子核更远。我们回想一下，离原子核最远距离的电子是具有最高的能量。
    因此，铜的价电子比硅的价电子受到原子核的束缚力小。而且，铜的价电子比硅的价电子具有更高的能量。这意味着铜原子的价电子比硅原子的价电子更容易获得足够的能量，脱离铜原子而成为导带的自由电子。事实上，在室温下，铜已经有大量的价电子拥有充分的能量成为自由电子。 
   6.硅和锗
    图1.7显示硅( silicon)和锗(germanium)的原子结构。硅是二极管、晶体管、集成电路和其他半导体元件最经常使用的材料。请注意硅和锗都有四个价电子的特性。

                
    锗的价电子位于第四层的能阶层，而硅的价电子则位于第三层的能阶层，因此硅的价电子较接近原子核。这意味着锗的价电子较硅的价电子位于更高的能阶上，因此只需要较少的额外能量就可以脱离原子。这个特性使锗原子在高温下较不稳定， PCI2050BIZHK这也就是为什么硅是最常使用半导体材料的根本原因。