半導(dǎo)體
semiconductor
電導(dǎo)率(conductivity)介于金屬和絕緣體(insulator)之間的固體材料。半導(dǎo)體于室溫時電導(dǎo)率約在10ˉ10～10000/Ω·cm之間，純凈的半導(dǎo)體溫度升高時電導(dǎo)率按指數(shù)上升。半導(dǎo)體材料有很多種，按化學成分可分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體兩大類。鍺和硅是最常用的元素半導(dǎo)體；化合物半導(dǎo)體包括Ⅲ-Ⅴ 族化合物（砷化鎵、磷化鎵等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化鎘、硫化鋅等)、氧化物(錳、鉻、鐵、銅的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)的有機物半導(dǎo)體等。
本征半導(dǎo)體(intrinsic semiconductor) 沒有摻雜且無晶格缺陷的純凈半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。在絕對零度溫度下，半導(dǎo)體的價帶(valence band)是滿帶(見能帶理論)，受到光電注入或熱激發(fā)后，價帶中的部分電子會越過禁帶(forbidden band/band gap)進入能量較高的空帶，空帶中存在電子后成為導(dǎo)帶(conduction band)，價帶中缺少一個電子后形成一個帶正電的空位，稱為空穴(hole)，導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴合稱為電子 - 空穴對。上述產(chǎn)生的電子和空穴均能自由移動，成為自由載流子(free carrier)，它們在外電場作用下產(chǎn)生定向運動而形成宏觀電流，分別稱為電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電。這種由于電子-空穴對的產(chǎn)生而形成的混合型導(dǎo)電稱為本征導(dǎo)電。導(dǎo)帶中的電子會落入空穴，使電子-空穴對消失，稱為復(fù)合(recombination)。復(fù)合時產(chǎn)生的能量以電磁輻射（發(fā)射光子photon）或晶格熱振動（發(fā)射聲子phonon）的形式釋放。在一定溫度下，電子 - 空穴對的產(chǎn)生和復(fù)合同時存在并達到動態(tài)平衡，此時本征半導(dǎo)體具有一定的載流子濃度，從而具有一定的電導(dǎo)率。加熱或光照會使半導(dǎo)體發(fā)生熱激發(fā)或光激發(fā)，從而產(chǎn)生更多的電子 - 空穴對，這時載流子濃度增加，電導(dǎo)率增加。半導(dǎo)體熱敏電阻和光敏電阻等半導(dǎo)體器件就是根據(jù)此原理制成的。常溫下本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率較小，載流子濃度對溫度變化敏感，所以很難對半導(dǎo)體特性進行控制，因此實際應(yīng)用不多。
雜質(zhì)半導(dǎo)體(extrinsic semiconductor) 半導(dǎo)體中的雜質(zhì)對電導(dǎo)率的影響非常大，本征半導(dǎo)體經(jīng)過摻雜就形成雜質(zhì)半導(dǎo)體，一般可分為n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)時，雜質(zhì)原子附近的周期勢場受到干擾并形成附加的束縛狀態(tài)，在禁帶中產(chǎn)生附加的雜質(zhì)能級。能提供電子載流子的雜質(zhì)稱為施主(donor)雜質(zhì)，相應(yīng)能級稱為施主能級,位于禁帶上方靠近導(dǎo)帶底附近。例如四價元素鍺或硅晶體中摻入五價元素磷、砷、銻等雜質(zhì)原子時，雜質(zhì)原子作為晶格的一分子，其五個價電子中有四個與周圍的鍺（或硅）原子形成共價鍵，多余的一個電子被束縛于雜質(zhì)原子附近，產(chǎn)生類氫淺能級-施主能級。施主能級上的電子躍遷到導(dǎo)帶所需能量比從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶所需能量小得多，很易激發(fā)到導(dǎo)帶成為電子載流子，因此對于摻入施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，導(dǎo)電載流子主要是被激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子，屬電子導(dǎo)電型，稱為n型半導(dǎo)體。由于半導(dǎo)體中總是存在本征激發(fā)的電子空穴對，所以在n型半導(dǎo)體中電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。相應(yīng)地，能提供空穴載流子的雜質(zhì)稱為受主(acceptor)雜質(zhì)，相應(yīng)能級稱為受主能級，位于禁帶下方靠近價帶頂附近。例如在鍺或硅晶體中摻入微量三價元素硼、鋁、鎵等雜質(zhì)原子時，雜質(zhì)原子與周圍四個鍺（或硅）原子形成共價結(jié)合時尚缺少一個電子，因而存在一個空位，與此空位相應(yīng)的能量狀態(tài)就是受主能級。由于受主能級靠近價帶頂，價帶中的電子很容易激發(fā)到受主能級上填補這個空位，使受主雜質(zhì)原子成為負電中心。同時價帶中由于電離出一個電子而留下一個空位，形成自由的空穴載流子，這一過程所需電離能比本征半導(dǎo)體情形下產(chǎn)生電子空穴對要小得多。因此這時空穴是多數(shù)載流子，雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，即空穴導(dǎo)電型，稱為p型半導(dǎo)體。在p型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。在半導(dǎo)體器件的各種效應(yīng)中，少數(shù)載流子常扮演重要角色。