半导体的导电原理是什么？

锗、硅、硒、砷化镓及许多金属氧化物和金属硫化物等物体，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，叫做半导体。半导体具有一些特殊性质。如利用半导体的电阻率与温度的关系可制成自动控制用的热敏元件（热敏电阻）；利用它的光敏特性可制成自动控制用的光敏元件，像光电池、光电管和光敏电阻等。半导体还有一个最重要的性质，如果在纯净的半导体物质中适当地掺入微量杂质测其导电能力将会成百万倍地增加。利用这一特性可制造各种不同用途的半导体器件，如半导体二极管、三极管等。把一块半导体的一边制成P型区，另一边制成N型区，则在交界处附近形成一个具有特殊性能的薄层，一般称此薄层为PN结。图中上部分为P型半导体和N型半导体界面两边载流子的扩散作用（用黑色箭头表示）。中间部分为PN结的形成过程，示意载流子的扩散作用大于漂移作用（用蓝色箭头表示，红色箭头表示内建电场的方向）。下边部分为PN结的形成。表示扩散作用和漂移作用的动态平衡。

“在半导体中,只有电子能导电”这句话对吗?可能大部分人都会认为这句话是错的.“导体和半导体的区别在于前者只有电子参与导电,而后者既有电子又有空穴参与导电”这句话对吗?可能大部分人都会认为这句话是对的.其依据是：在半导体中同时存在二种载流子：自由电子与空穴,半导体在外电场的作用下,一方面带负电的自由电子定向移动形成电子电流,另一方面带正电的空穴也会定向移动形成空穴电流.半导体中流过的总电流是这两个电流之和.事实果真如此吗?先来看看什么是空穴?空穴就是半导体的共价键结构中应该有价电子而实际上没有价电子的地方.空穴一般在如下二种情况下形成：一是本征激发（由于半导体本身的温度不是绝对零度,半导体中的某些价电子能够获得足够的能量从而摆脱共价键的束缚,从共价键结构中跑出来变成自由电子,在半导体的共价键结构中便产生了一个空位,形成空穴）；二是P型半导体（本征半导体中掺入三价杂质元素时,由于三价杂质元素只能提供三个电子,缺少一个电子,在半导体的共价键结构中便产生了一个空位,形成空穴）.当在半导体材料的两端外加电场时,一方面半导体内的自由电子在外电场的作用下会产生定向移动,从而形成电子电流.另一方面在外电场的作用下半导体中的价电子也会从原来的位置跑出来成为自由电子,在外电场的作用下定向移动后又进入到另外的一个空位再次成为价电子,形成了一个不是由原半导体中的自由电子所形成的一个电子电流.这个电流我们暂时称为“价电流”（价电流并非是价电子的移动形成,而是价电子成为自由电子后,定向移动一定距离后又变成价电子的过程中所形成的电流”.“价电流”实际上也是电子电流,只不过不是我们通常认为的半导体内部已经存在的自由电子所形成的罢了.半导体中流过的总电流实际上是电子电流与“价电子”电流共同移动所形成的电流,所以我们的结论是：在半导体内部只能是电子能导电.这便是半导体内部导电的事实.那么,为何现行的电子技术书籍中都会出现空穴带正电,空穴定向移动形成空穴电流这一说法呢?实际上是从另一个角度来分析问题,把“价电子”在半导体内部的定向移动看做是空穴在向与“价电子”移动方向的反方向移动.为了便于理解,教材中一般都是把半导体中“价电子”的移动看成是空穴在移动,价电子的移动方向与空穴的移动方向相反,由于价电子是带负电的,我们就认为空穴带正电的.半导体中流过的总电流就成为了带负电的自由电子移动所形成的电子电流与带正电的空穴移动所形成的空穴电流之和,这便是教材中所描述的半导体内部导电机制.打个很形象的比喻：这就好比在戏院看戏,设戏院共有二十排座位,假设每排只有一个座位,从第二排起到第二十排都坐满了人,只有第一排无人坐,戏开演后,第二排上的观众看见第一排位置无人坐,就从第二排坐到第一排上去,第二排就出现了空位,第三排上的观众又坐到第二排去,依次类推,原来第一排是空位子,后来第二排是空位子,再后来第三排是空位子,最后的空位置出现在第二十排,空位置从第一排到了第二十排,是观众的移动造成的,位子本身并不会移动.说的再形象点,电子好比是萝卜,空穴好比是坑,我们常常说一个萝卜一个坑,萝卜可以拔走,但留下的坑确是没法动的.因次,实际上空穴本身是不会移动的,更谈不上带电.我们的结论是：“在半导体中,只有电子能导电”这句话确确实实是正确的（第二个问题也清楚了）.

半导体导电原理 半导体一般是由4 价的硅或锗为主体材料，它们的晶体结构也和金刚石一样，每个原子由4 个价和运转在空间等距、有序环绕，构成金刚石结构，很纯的单晶硅基本不导电。

N型半导体  在纯硅晶体中加了少量的磷元素后，就形成了N型半导体。5价的磷原子镶嵌在硅晶体中，本来硅晶体的每个原子通过4个结构元相互联接，价和速率相同，而磷的5个价电子参入硅中价和运转，尚有一个电子无价和轨道，它杂混在其它价和轨道中，扰乱了原均匀的速率，使得整个晶体中的价和电子出现了拥挤和等待的紊乱现象，于是晶体中出现了临时性的电子空位(临时性空位在晶体中占有一定概率)，外来电子可乘虚而入，晶体的导电能力增加，形成的N型半导体。

P型半导体 在硅晶体中加入少量的硼元素后，硼在价和结构中顶替了一个硅原子，因硼外层只有3个价电子，使得与硼相连的4个结构元中有一个是单电子价和运转，于是就有了电子空位，与这个结构元相连的6个结构元外端又连着18个结构元，这样电子空位呈2×3 扩展，所以该晶体的导电能力也呈几何级数增加。电子空位扩展之后空位出现的时间越来越短，也就不成其为空位了。

以上论述说明，不管是N型还是P型半导体，其导电能力都是由电子空位提供的。电子空位则是由晶体中杂质分布引起价和电子紊乱运行所致，所出现的电子空位是瞬时的、随机的。这也导致了半导体的"测不准"及温升，热敏等诸多物理性质。

晶体管的PN结的实质是疏通或堵塞电子空位。

二极管 把N 型和P 型半导体材料紧密结合起来，两端连上导线，就形成了半导体二极管。二极管最关键的部位在两种材料的结合处，人们称之为P N 结。

由于N 型半导体是5 价的磷镶嵌在以4 价为主体硅晶体中，有多出的电子。而在P 型半导体中是3 价的硼在以硅为主体的结构元连接中，顶替了一个硅原子的位置，在整体上有缺少电子的趋势。把这两种晶体紧密结合：N 型半导体中多出的电子向缺少电子的P 型半导体中扩散。这样，在结合部附近，各结构元的价和电子数正好达到平衡，（图9-1）每个原子周围的价和电子平稳运转，没有了电子的紊乱和等待，也就没有了电子空位。这就是在不导电时的P N 结。

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