判断绝缘体、导体和半导体之间到导电能力的不同可以用电导率直观地观察出来。

良导体的电导率大约为10-8Ω·m

绝缘体的电导率大约为1014Ω·m

半导体的电导率大约在10-5 ~103Ω·m之间（受温度的影响）

但是若是这么简单的科普，那就没必要起这一篇文章了，今天小编就深度科普一下：

绝缘体、导体和半导体区别的底层逻辑是什么！从微观角度如何解释电导率的不同呢？

电子的量子理论

经典物理学认为金属电子的能量可以是任意值，也就是说能量值的连续变化的（这里认为在离原子核无限远处，电子的能量是零。相对于零参考点，越靠近原子核，电子有越负的能量，负能量表示正原子核与电子之间有吸引力，这就是电势能）。

但是，量子论对金属电子的描述表明电子的能量是一些离散值，这是由于电子的波动性，就像细绳上的驻波仅在离散频率时存在。

离散值：离散值就是孤立的点集，像区间，它在每一点上都是连续的，而像整数集，它的每一元素之间都有一点的距离。【比如10-20的区间中,突然出现的100，-20都是离散值】

也就是说，电子的分布并不是线性均匀得排布的，根据物质结构的不同，其电子能量级中间会有不同程度的间隙。

电子的能量级

我们先来了解几个物理量：

能层和能级：

原子由原子核和核外绕核运转的电子构成，电子由于具有不同的能量，就按照各自不同的轨道围绕原子核运转，即能量不同的电子处于不同的相应等级。

能层理论是一种解释原子核外电子运动轨道的一种理论。它认为电子只能在特定的、分立的轨道上运动，各个轨道上的电子具有分立的能量，这些能量值即为能级。

晶格结构：

晶体结构是指晶体以其内部原子、离子、分子在空间作三维周期性的规则排列为其最基本的结构特征。

任一晶体总可找到一套与三维周期性对应的基向量及与之相应的晶胞，因此可以将晶体结构看作是由内含相同的具平行六面体形状的晶胞按前、后、左、右、上、下方向彼此相邻“并置”而组成的一个集合。

下图能级表给出一个电子可能的能量级，并不是每一能级上必有电子。

（a）

（b）

（a）能级表展示在没有考虑原子晶格结构影响下的固体内部电子所有可能能量级

（b）能级表展示具有规则原子晶格结构的一种物质所有可能得能级。

电子的能量被严格的限制在允许的能带中，在一个大的能量间隙里是没有任何电子的，即使在允许的能带里，是所有可能的电子能量也是紧密分布在离散的能级上的。

当一组原子形成一个规格的晶格时，电子的能量值就已经确定了，为一些离散的能量区域，成为允许的能带。

能带以外的区域被称为能量间隙，能量间隙就是没有电子的区域。

泡利排斥原理

想要解释电子的运动方式就需要一个重要的原理：：泡利排斥原理

一个原子中没有两个电子能处在同一量子态。既表示反向旋转的两个以上的电子是不可能在同一能级上的，而电子本身的量子态决定了电子能处于的空位是哪个，所以电子获得能量跃进到新的能级之后，必会把旧电子挤出。

【通俗来说，就像一个政府有不同的等级的职位需求，但是每个职位的人员数量是一定的，一个新员工的到来必会挤掉一个旧员工，所谓一个萝卜一个坑。】

绝缘体、导体和半导体能带结构

通过给导体接入电压源，增加自由电子的能量，处在较低能级的电子无法获得能量，因为它不能跃入已被充满的较高能级。仅有那些处在较高能级的电子才能获得能量，然后跃入最靠近的空的能级。

电子从低能级跃入高能级被称为激发。

允许电子占据的能带被称为价（电子）带。

允许电子跃入的空能带被称为传导带。

1、绝缘体

如果物质的最高能级电子完全填满一个能带，存在禁止能带，即在充满的允许能带和下一个允许能带之间存在一个大的能量间隙。那么，一个小的电场将不能给电子提供足够的能量使其越过较大的能量间隙到达下一个空能带的底部，这个物质就是绝缘体。

绝缘体能带分布

2、导体

电子只充满部分能带的物质是导体，当处在最高能级的电子自由移动到空的能级的瞬间，就形成了电流。

导体允许能带只有部分被充满，电子可以激发跃入相邻能级；允许能带出现重叠，电子可直接移动。

导体能带分布

3、半导体

半导体能量间隙小于绝缘体，一个适合的电场或是有限的温度将使电子越过能量间隙而导电。当电子激发跃入传到带后留下的空隙将会被第能电子填充，形成电流。

半导体能带分布

综上所述，绝缘体、导体和半导体是根据不同材质内部能带间隙及电子的跨越能力来划分的。

形象一点就像是翻阅沟壑，沟壑就如同能带间隙，人就如同电子。沟壑宽且深，人就很难翻过，自然就无法前进，这就是绝缘体；沟壑宽度适中，那么部分能力强的人就可越过，这就是半导体；当沟壑窄，那大多数人都可轻松越过，这就是导体了。

参考文章：《实用电子元器件与电路基础》