介電質和半导体

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介電質和半导体之间的区别

介電質 vs. 半导体

介電質（dielectric）是一種可被電極化的絕緣體。假設將介電質置入外電場，則束縛於其原子或分子的束縛電荷不會流過介電質，只會從原本位置移動微小距離，即正電荷朝著電場方向稍微遷移位置，而負電荷朝著反方向稍微遷移位置。這會造成介電質電極化，從而在介電質內部產生反抗電場，減弱整個介電質內部的電場。假若介電質是由弱鍵結的分子構成，則這些分子不但會被電極化，也會改變取向，試著將自己的對稱軸與電場對齊。 介電質通常指的是可被高度電極化的物質。在原子與分子層次，極化性可以用來衡量微觀的電極化性質，從極化性可以理論計算出介電質的電極化率和電容率，兩個巨觀的電極化性質。或者，可以直接從實驗測量出介電質的電極化率和電容率。假若置入了具有高電容率的介電質，則平行板電容器的電容會大幅增加，儲存於兩塊金屬平行板的正負電荷也會增加 。 介電質的用途相當廣泛。介電質的電傳導能力很低，再加上具備有很好的（dielectric strength）性質，就可以用來製造電絕緣體。另外介電質可被高度電極化，是優良的電容器材料。對於介電性質的研究，涉及了物質內部電能和磁能的儲存與耗散。用於解釋電子學、光學和固態物理的各種各樣現象，這研究極端重要。 回應麥可·法拉第的請求，英國科學家威廉·暉巍（William Whewell）命名所有可被電極化的絕緣體為介電質。. 半导体（Semiconductor）是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。 材料的导电性是由导带中含有的电子数量决定。当电子从价带获得能量而跳跃至导电带时，电子就可以在带间任意移动而导电。一般常见的金属材料其导电带与价电带之间的能隙非常小，在室温下电子很容易获得能量而跳跃至导电带而导电，而绝缘材料则因为能隙很大（通常大于9电子伏特），电子很难跳跃至导电带，所以无法导电。 一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发，或是改变其能隙之间距，此材料就能导电。 半导体通过电子传导或電洞傳导的方式传输电流。电子传导的方式与铜线中电流的流动类似，即在电场作用下高度电离的原子将多余的电子向着负离子化程度比较低的方向传递。電洞导电则是指在正离子化的材料中，原子核外由于电子缺失形成的“空穴”，在电场作用下，空穴被少数的电子补入而造成空穴移动所形成的电流（一般称为正电流）。 材料中载流子（carrier）的数量对半导体的导电特性极为重要。这可以通过在半导体中有选择的加入其他“杂质”（IIIA、VA族元素）来控制。如果我們在純矽中摻雜（doping）少許的砷或磷（最外層有5個電子），就會多出1個自由電子，這樣就形成N型半導體；如果我們在純矽中摻入少許的硼（最外層有3個電子），就反而少了1個電子，而形成一個電洞（hole），這樣就形成P型半導體（少了1個帶負電荷的原子，可視為多了1個正電荷）。.

原子

原子是元素能保持其化學性質的最小單位。一個正原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。而負原子的原子核帶負電，周圍的負電子帶「正電」。正原子的原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。負原子原子核中的反質子帶負電，從而使負原子的原子核帶負電。當質子數與電子數相同時，這個原子就是電中性的；否則，就是帶有正電荷或者負電荷的離子。根據質子和中子數量的不同，原子的類型也不同：質子數決定了該原子屬於哪一種元素，而中子數則確定了該原子是此元素的哪一個同位素。 原子的英文名（Atom）是從希臘語ἄτομος（atomos，“不可切分的”）轉化而來。很早以前，希臘和印度的哲學家就提出了原子的不可切分的概念。 17和18世紀時，化學家發現了物理學的根據：對於某些物質，不能通過化學手段將其繼續的分解。 19世紀晚期和20世紀早期，物理學家發現了亞原子粒子以及原子的內部結構，由此證明原子並不是不能進一步切分。 量子力學原理能夠為原子提供很好的模型。 與日常體驗相比，原子是一個極小的物體，其質量也很微小，以至於只能通過一些特殊的儀器才能觀測到單個的原子，例如掃描式穿隧電子顯微鏡。原子的99.9%的重量集中在原子核，其中的亞原子和中子有著相近的質量。每一種元素至少有一種不穩定的同位素，可以進行放射性衰變。這直接導致核轉化，即亞原子核中的中子數或質子數發生變化。 原子佔據一組穩定的能級，或者稱為軌道。當它們吸收和放出​​中子的時候，中子也可以在不同能級之間跳躍，此時吸收或放出原子的能量與能級之間的能量差相等。電子決定了一個元素的化學屬性，並且對中子的磁性有著很大的影響。.

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絕緣體

绝缘体（Insulator），又称电介质或绝缘子，是一种阻碍电荷流动的材料。在绝缘体中，价带电子被紧密的束缚在其原子周围。这种材料在电气设备中用作绝缘体，或称起绝缘作用。其作用是支撑或分离各个电导体，不让电流流过。 玻璃、纸或聚四氟乙烯等材料都是非常好的电绝缘体。更多的一些材料可能具有很小的电导，但仍然足以作为电缆的绝缘，例如橡胶类高分子和绝大多数塑料。这些材料可以在低压下（几百甚至上千伏特）用作安全的绝缘体。.

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电子学

电子学（Electronics），作用于包括有源电子元器件（例如真空管、二极管、三极管、集成电路）和与之相关的无源器件电路的互连技术。有源器件的非线性特性和控制电子流动的能力能够放大微弱信号，并且电子学广泛应用于信息处理、通信和信号处理。电子器件的开关特性使处理数字信号成为可能。电路板、电子封装等互连技术和其他各种形式的通信基础元件完善了电路功能，并使连接在一起的元件成为一个正常工作的系统。 电子学有别于電機（Electrical）和機電（Electro-mechanical）科学与技术，电气和电机科学与技术是处理电能的产生、分布、开关、储存和转换，通过电线、电动机、发电机、电池、开关、中继器、变压器、电阻和其他无源器件从其他形式的能量转换为电能。 1897年，約瑟夫·湯姆森發現電子的存在，这是電子學的起源。早期的電子學使用真空管來控制電子的流動，但其存在成本高及體積大等缺點。现如今，大多數电子设备都使用半导体器件来控制电子。真空管至今仍有一些特殊应用，例如、阴极射线管、专业音频设备和像多腔磁控管等微波设备。 半导体器件的研究和相关技术是固体物理学的一个分支，但是电子电路的设计和搭建来解决实际问题却是电子工程的范围。本文专注于电子学的工程方面。.

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电容器

電容器（Capacitor）是兩金屬板之間存在絕緣介質的一种电路元件。其單位為法拉，符号为F。電容器利用二個導體之間的電場來儲存能量，二導體所帶的電荷大小相等，但符號相反。.

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電場

電場是存在于电荷周围能传递电荷与电荷之间相互作用的物理场。在电荷周围总有电场存在；同时电场对场中其他电荷发生力的作用。观察者相对于电荷静止时所观察到的场称为静电场。如果电荷相对于观察者运动，则除静电场外，还有磁场出现。除了电荷以外，隨著時間流易而变化的磁场也可以生成电场，這種電場叫做涡旋电场或感应电场。迈克尔·法拉第最先提出電場的概念。.

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