從前面的討論可以看到，絕緣體物質(zhì)與導(dǎo)體物質(zhì)的導(dǎo)電性能(即傳導(dǎo)電荷的能力)相差很大，像玻璃那樣的絕緣體的電阻率比一般金屬導(dǎo)體的電阻率要大102 倍，究其原因，是它們的微觀電結(jié)構(gòu)不同.不管是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部都存在大量的可以在導(dǎo)體內(nèi)自由移動(dòng)的自由電荷，更確切地說，導(dǎo)體內(nèi)存在著大量可以在導(dǎo)體內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，這種帶電粒子稱為載流子，這是導(dǎo)體電結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn).而在絕緣體中，絕大部分電荷都被束縛在組成絕緣體的分子或原子范圍內(nèi)，在外界影響下(如外電場(chǎng)作用下)，這些電荷只能在分子或原子范圍內(nèi)作微小的位移，這種電荷叫束縛電荷.下面我們具體討論一下導(dǎo)體內(nèi)存在自由運(yùn)動(dòng)的載流子的原因，先討論固態(tài)金屬導(dǎo)體的情況.

  大家知道，一個(gè)金屬原子內(nèi)有一個(gè)由z個(gè)質(zhì)子和若干個(gè)中子組成的原子核，核外有z個(gè)運(yùn)動(dòng)的電子，x是金屬元素的原子序數(shù).原子內(nèi)原子核的大小線度只有10-15m的量級(jí)，而原子內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)空間范圍尺度是10-10m，所以在研究核外電子運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子核可近似視為點(diǎn)電荷.原子內(nèi)的每個(gè)電子就是在核電荷和其他電子電荷共同產(chǎn)生的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng).在這種情況下，根據(jù)現(xiàn)代量子理論的觀點(diǎn)，原子內(nèi)電子的能量是量子化的，只能具有一系列不連續(xù)的能量值，這一系列不連續(xù)的能量值稱為原子中電子的能級(jí)(有時(shí)也叫做原子能級(jí)).根據(jù)量子理論中的泡利不相容原理，原子中每個(gè)電子能級(jí)上能夠分布的最多電子數(shù)目是一定的.這樣，原子中的個(gè)電子在正常狀態(tài)下的能量分布情況是∶從最低電子能級(jí)開始，電子依次分布在各個(gè)不同的電子能級(jí)上.量子理論還指出，處在不同電子能級(jí)上的電子，距離原子核的平均距離不同，能級(jí)越高的電子距離原子核的平均距離越遠(yuǎn).這樣，原子內(nèi)z個(gè)電子的空間分布將會(huì)是按殼層分布，能級(jí)越高的電子平均看來是分布在距原子核越遠(yuǎn)的殼層內(nèi).

  原子中分布在最外殼層的電子，距離原子核最遠(yuǎn)，受原子束縛最小，在外界影響下最容易脫離原子，使原子變成為正離子.通常，把金屬原子中最外層的電子稱為價(jià)電子，而把原子核以及與原子核結(jié)合較緊密的內(nèi)層電子稱為原子實(shí).固態(tài)金屬導(dǎo)體是由大量的金屬原子相互靠近到10~10m量級(jí)的距離后，原子的價(jià)電子受其他原子的作用而脫離單個(gè)原子被“公有化”后所形成的宏觀物體.在這種金屬導(dǎo)體里，原子的原子實(shí)在空間周期性地規(guī)則排列成整齊的點(diǎn)陣，稱為晶體點(diǎn)陣或晶格. 處于晶格格點(diǎn)上的原子實(shí)只能作微小位移的熱振動(dòng).而被“公有化”了的價(jià)電子，成為了可以在晶格間自由運(yùn)動(dòng)的自由電子，從經(jīng)典圖像看，它們像容器內(nèi)的氣體分子那樣在晶格間跑來跑去.這些自由電子就是固態(tài)金屬導(dǎo)體中的自由運(yùn)動(dòng)帶電粒子或載流子，其所帶的電荷即為金屬導(dǎo)體中的自由電荷.

  液態(tài)導(dǎo)體的電解液中，自由電荷或載流子是溶解在水溶液中的酸、堿、鹽溶質(zhì)分子離解成的正、負(fù)離子.電離氣體中的自由電荷是氣體分子被電離成的正、負(fù)離子，其中負(fù)離子一般就是電子.等離體中的載流子是氣體分子碰撞電離后形成的電子和正離子.超導(dǎo)體中的載流子是所謂的超導(dǎo)電子，實(shí)際上它是電子對(duì).當(dāng)晶體材料的溫度降至臨界溫度時(shí)，動(dòng)量和自旋方向相反的一對(duì)電子能夠束縛在一起構(gòu)成電子對(duì)，稱為庫珀對(duì).這種庫珀電子對(duì)在超導(dǎo)晶體中運(yùn)動(dòng)時(shí)不易被晶格散射而引起電阻，從而使得超導(dǎo)晶體的電阻幾乎為零.

  半導(dǎo)體雖然其導(dǎo)電性能比導(dǎo)體差，但比絕緣體要強(qiáng)得多，而且半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能對(duì)溫度、光照、雜質(zhì)等外加條件極為敏感.半導(dǎo)體中的載流子是電子和帶正電荷的“空穴”.當(dāng)半導(dǎo)體中多數(shù)載流子是電子時(shí)，稱為n型半導(dǎo)體多數(shù)載流子是“空穴”時(shí)，稱為p型半導(dǎo)體.將n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體結(jié)合起來可以構(gòu)成pn結(jié)，利用它可以制成各種半導(dǎo)體器件，在現(xiàn)代半導(dǎo)體電子技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用.