基础知识

导体、绝缘体与半导体

在物理学中，根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。

本征半导体就是化学成分纯净且晶体结构完整的半导体晶体，一般来说制造半导体器件要求半导体材料的纯净度达到 99.9999999%，通常说要有 9 个 9。

本征半导体的原子之间会形成共价键，相邻的两个原子会各拿出一个电子，一起共享，以此让每个原子都形成 8 电子稳定结构。不过这个图其实只是简化了一下，实际上应该是三维立体的结构，一个原子和相邻的原子构成标准的正四面体。

所以在 绝对温度 T = 0K 的时候，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会变成自由电子，因此本征半导体的导电能力非常弱，接近绝缘体。

随着温度的升高，或者本征半导体收到了光线的照射，一些电子在吸收了能量以后，可以挣脱原子核的束缚，形成自由电子，从而参与导电，这个现象叫做本征激发或者热激发。自由电子产生的同时，在原来的共价键中留下一个空位，称为空穴，我们称激发的电子和空穴为电子空穴对。

外加的能量越高，激发的电子越多，产生的空穴也越多。

与本征激发相反的现象叫做复合，自由电子填到空穴里重新形成共价键。在一定的温度或者光照下，本征激发和复合是同时进行的，达到了动态平衡，此时电子空穴对的浓度是稳定的。

常温下也就是大概 300K 的时候，常见的半导体电子空穴对浓度如下：

本征半导体的导电是一个动态平衡的过程，电子带负电，空穴带正电，而电子才是真正发生粒子运动的。我们将自由电子和空穴称为载流子：

载流子	位置	运动方式	物理本质	电流方向
自由电子	导带	逆电场方向漂移	真正的粒子移动	与电场相反
空穴	价带	顺电场方向漂移	价电子依次填补空位的等效运动	与电场相同

所以半导体里的 总电流 = 电子流 + 空穴流。

总的来说 本征半导体的导电性取决于外加能量，温度变化和光照变化都会影响到本征半导体的导电性。

在本征半导体中掺入某些微量元素以后的半导体称为 杂质半导体。

杂质半导体有两种，N 型半导体和 P 型半导体。

N 型半导体是给本征半导体掺入五价杂志元素，例如掺入磷元素、砷元素等，掺入五价元素就多出了自由电子，于是我们说，N 型半导体里面自由电子是多数载流子，而空穴是少数载流子。
P 型半导体是给本征半导体掺入三价杂质元素，例如掺入硼元素、镓元素等，掺入三价元素后，自由电子就少了，于是我们说，P 型半导体里面自由电子是少数载流子，而空穴是多数载流子。

还有一个概念就是施主与受主离子：