半导体物理学
半导体元素的原子恰好有四个价电子。因为这四个价电子半导体电子元件确实具有一些特殊的电特性和特性，这使得它们在电子电路中得到广泛的应用二极管，晶体管，在所等。虽然半导体有许多物理性质，但半导体的名称是由于其适度的导电性。
半导体的电阻率范围为10- 4Ω - m到0。5 Ω - m。其中铜的电阻率约为1.7 × 10- 8Ω - m在室温下，玻璃电阻率约为9 × 1011Ω - m.铜很好导体玻璃是绝缘体。
我们已经说过，半导体在电子电路元件中是有用的，不仅因为它的中等电阻率，而且因为它的许多其他特殊性质。
半导体的一些主要特性是，
债券在半导体
半导体原子中的价电子在原子间的成键中起着至关重要的作用原子在半导体晶体中。原子间发生键合是因为每个原子都倾向于用8个电子感受最外层的细胞。
每个半导体原子有四个价电子，因此该原子可以共享相邻原子的另外四个价电子，从而在最外层的单元中形成八个电子。原子之间通过共用价电子形成的键称为共价键。
每个半导体原子与晶体中的四个相邻原子形成四个共价键。这意味着，四个相邻的半导体原子各形成一个共价键。下图显示了锗晶体中形成的共价键。
在锗晶体中，每个原子在最后一个轨道上有8个电子。但在一个孤立的单个锗原子中，有32个电子。第一个轨道由两个电子组成。第二个轨道由8个电子组成。第三轨道由18个电子组成，其余4个电子位于第四或最外层轨道。
但在锗晶体中，每个原子共用来自四个相邻原子的4个价电子，使其最外层轨道充满8个电子。这样，晶体中的每个原子在最外层轨道上都有8个电子。
通过形成这些共价键，晶体中的每一个价电子都与原子相结合，因此在理想状态下晶体中不会有任何自由电子。在一个半导体,原子是由于原子间的共价键而有序排列的。这就形成了半导体的晶体结构。
常用的半导体
半导体有许多，但用于电子电路的却很少。两种最常用的半导体是硅和锗。硅和锗需要更低的能量来打破它们在晶体中的共价键。这是最常用这两种半导体的主要原因。硅需要1.1 eV才能打破晶体中的任何共价键，锗也需要
0.7 eV用于同样的目的。
硅
硅的孤立原子共有14个电子。第一个轨道由两个电子组成。第二个轨道由8个电子组成，第三个轨道由4个电子组成。由于硅原子最外层的轨道上有四个电子，硅是一种四价元素。
硅晶体中的每个硅原子与四个相邻的硅原子形成共价键。这样，硅晶体的每个原子在最外层轨道上得到8个电子。原子间的共价键使晶体中的硅原子有序排列。
锗
锗的孤立原子有32个电子。锗原子的第一、第二和第三轨道分别由2、8、18个电子组成。锗的第四个或最外层轨道由[32 -(2+8+18)= 4]4个电子组成。
与晶体中的硅原子相似，锗晶体中的锗原子与四个相邻的锗原子形成四个共价键。出于与硅晶体相同的原因，锗晶体中的锗原子以一种有序的方式排列。
半导体能带理论
在半导体晶体中，价带中充满了价电子。由于原子间的共价键，在理想条件下，整个价带都充满了价电子。
因此，在理想情况下，整个导带是空的。但是它的典型性半导体导带与价带之间的带隙较小。大约是1ev。因此，对于提供给晶体的任何外部能量，价带的电子都能迁移到导带并提高电导率。
我们把传导和价之间的能隙称为禁能隙。硅的禁带为1.1 eV，锗的禁带为0.7 eV。价带中的电子需要很小的能量才能通过禁带而自由。即使在室温下，硅或锗半导体晶体中也有许多自由电子。不仅在硅或锗半导体中，在所有其他半导体中，由于同样的原因，在室温下有许多自由电子。这些在传导带中的自由电子造成了半导体的导电性。在室温下，半导体中虽然有大量的自由电子，但其数量仍然相对较少原子在一块半导体晶体中。人们发现，在室温下，1010半导体原子中，将只有一个自由电子。
由于这些少量的自由电子，半导体具有中等导电性，即不像金属导体那样好，也不像金属导体那样差绝缘子．在绝对零度温度下，半导体晶体没有外部能量可用。不会有价电子越过禁带。因此，在半导体晶体中没有自由电子可用。因此，半导体将表现为一个完美的绝缘体在绝对零度温度。
当半导体的温度从绝对零度上升时，价带电子得到能量，越过禁带，成为自由电子。随着温度的不断升高，半导体晶体中自由电子的数量增加，因此半导体的导电性增加。
电导率与电阻成反比。这意味着，随着温度的升高，半导体的电阻降低。因此，我们可以说半导体具有负的电阻温度系数。因此，在室温下，如果我们在半导体上施加一个电位差，就会有一个很小的当前的由于其中等导电性，流过半导体在室温下发展在半导体中。
每当有一个电子从价带迁移到导带时，价带就会产生一个空位，一个新的电子可以坐在那里。我们把价带中能容纳电子的空位称为空穴。
一旦电子自由了，它后面的价带就会产生一个空穴。因此，对于纯半导体中的每一个自由电子，都会有一个空穴。因此，我们可以说，任何外部能量，主要是热能，不仅会在半导体晶体中产生自由电子，还会产生电子-空穴对。
半导体中的每个共价键都由两个相邻原子提供的两个价电子组成。当一个价电子离开键时，键就不完整了。这个不完整的键有很强的倾向通过吸引一个电子来完成它自己。空穴是共价键中产生的电子空位，由于这个空穴可以吸引电子，我们可以假设空穴相当于正电荷。但是正电荷在物理上是不存在的除非它能作为正电荷。换句话说，半导体中的空穴是虚正电荷。
像自由电子一样，半导体晶体中的空穴从一点移动到另一点。但是半导体中空穴的运动不同于自由电子的运动。自由电子在半导体晶体结构中进行物理运动。半导体晶体中的空穴实际上在移动。
在晶体中产生的每一个洞都与它的母原子紧密相连。因此，在物理上它不移动。当来自其他共价键的电子来到这个空穴上，空穴就消失了。但是空穴上的电子来自于其他共价键因此电子在之前的键上形成了一个空穴。所以，那里已经出现了一个新的洞。这样，一个洞消失了，同时又出现了另一个洞。实际上，这样一个洞从它的旧位置移动到它的新位置。
当我们对a施加一个电位差半导体，自由电子从负极移动到正极。同时，孔从正反面移动。
本征半导体
本征半导体是非常纯的半导体。在室温下，本征半导体晶体中的电子-空穴对仅由热激发产生。在室温下，由于晶体中热产生的自由电子和空穴的集中，本征半导体确实具有中等的导电性。
非本征半导体
我们可以通过在半导体中加入一些杂质来显著地改变半导体的电导率。我们把在半导体中加入杂质以改变其导电性能的过程称为掺杂。
在半导体中添加的杂质要么增加自由电子的数量，要么增加空穴的数量，这取决于添加的杂质的类型。当我们加入五价元素作为杂质时，外部半导体晶体中的自由电子数增加。
当我们加入三价元素作为杂质时，半导体中的空穴数量增加。我们所说的,非本征半导体n型半导体具有比空穴更多的自由电子。我们把空穴数大于自由电子数的非本征半导体称为p型半导体。所以掺杂的量决定了半导体的导电性。掺杂元素的类型决定了半导体的类型，本质上是n型还是p型。
n型和p型半导体
当我们把五价杂质元素加到本征半导体材料，它成为n型半导体。五价消除的加入使半导体中有大量的自由电子。我们通常使用砷和
作为五价杂质的锑。
让我们以纯锗为例。纯锗在室温下会有一些自由电子和空穴。即使在纯半导体晶体中，自由电子和空穴也总是存在，这有两个原因。
1)在室温下，会有一些热生成的电子-空穴对。
我们在实际中无法制备绝对纯净的原料。因此，半导体中总有一些杂质存在，尽管杂质的数量可以忽略不计。在这些杂质中，可能有五价和三价杂质。这些五价和三价杂质产生自由电子和空穴半导体即使没有任何外部杂质掺杂。
现在让我们在锗半导体中加入一种五价元素，比如砷。砷有五个价电子，因为它是五价的。每个砷原子的四个价电子参与了与四个相邻的锗原子的共价键的形成。这样，每个砷原子都填满了它的价带。
砷的第五电子不参与共价键的形成，不能在价键中得到位置。这个电子随后迁移到晶体的传导带，成为自由电子。这样，在半导体中有意加入五价杂质，就会产生许多自由电子。
现在锗中自由电子的总数是，热生成的自由电子的总和一个由于半导体的固有杂质而产生的自由电子b)和由外部添加的五价杂质(Nc)．
现在半导体中的空穴总数(p)将是热产生的空穴(p一个)和由于半导体的固有杂质(Pb)．
理想情况下，外部添加的五价杂质不会对半导体产生任何空穴。此外，外部添加或掉落的杂质原子(这里是砷)的数量相当大，因此在五价掺杂的半导体中自由电子的数量比空穴的数量大得多。
因为原子中有更多的自由电子半导体，我们称半导体为负极型或n型半导体．同样的解释也适用于正面类型或p型半导体．
