1．近满带和空穴

当半导体中少数电子从满带跃迁到导带中去后，在满带中留出了一些空的状态，通常称为空穴。这一近满带电子系统的运动行为可等价地用空穴的运动行为替代：在近满带中，由于电子几乎全部充满能级，只留出少数的空穴，当电子在电场作用下逆着电场方向移动时，电子将跃入相邻的空穴，而在它们原先的位置上留下了一新的空穴，这些空穴随后又会被逆着电场方向运动的电子所占据，由此看来，近满带中大量电子的运动相当于少数空穴顺着电场方向的移动。这和正电荷空穴的移动是完全相当的。根据是否以空穴导电为主可将半导体分为本征半导体、型半导体和型半导体。

对于不含杂质的纯净半导体称为本征半导体。本征半导体价带电子较易激发到空的导带上去，使得价带出现空穴，导带上出现电子，且导带上的电子和价带上的空穴总是成对出现的。在外电场作用下，既有发生在导带中的电子的定向运动，又有发生在价带中的空穴的定向运动，它兼具电子导电和空穴导电的两种类型，这类导电性称为本征导电。温度升高价带上会有更多的电子被激发到导带上，所以本征半导体的导电性随温度升高而迅速增大。

2．型半导体和型半导体

杂质半导体是指在纯净的半导体中掺有杂质,它的导电性因掺杂将发生显著的改变，掺杂既可提高半导体的导电能力，还能改变半导体的导电机构。杂质半导体包括：型半导体和型半导体两类。

在四价本征半导体（如硅）中掺入五价杂质（如砷）形成电子型半导体称为型半导体。掺入的五价砷原子将在晶体中替代硅的位置构成与硅相同的四电子结构，结果就多出一个电子在杂质离子的电场范围内运动。量子力学的计算表明，这个杂质的能级是在禁带中，且靠近导带，在能带图可在导带底下画一不连续的线段来表示它（如图15-11所示），能量差远小于禁带宽度。因在硅内，砷原子只是极少数，它们被准晶体点阵分隔开，所以在图中采用不相连续、但又同一水平的线段表示这个杂质能级，每个短线代表一个杂质原子的能级。杂质价电子在杂质能级上时，并不参与导电。但是，在受到热激发时，由于这能级接近导带底，杂质价电子极易向导带跃迁，向导带供给自由电子，所以这种杂质能级又称为施主能级，即使掺入很少的杂质，也可使半导体导带中自由电子的浓度比同温度下纯净半导体导带中的自由电子浓度大很多倍，这就大大增强了半导体的导电性能。它的导电主要以电子导电为主。

图15－11 型半导体

图15－12 型半导体

在四价的本征半导体硅中掺有三价硼杂质后形成型半导体。这时杂质能级离满带顶极近（图15-12），满带中的电子只要接受很小一份能量，就可跃入这个杂质能级，使满带中产生空穴。由于这种杂质能级是接受电子的，所以称为受主能级。这种掺杂也使半导体满带中空穴浓度较纯净半导体空穴浓度增加了很多倍，从而使半导体导电性能增强。它的导电主要以空穴导电为主。

3．电阻率和温度的关系

图15－13 电阻与温度的关系

导体和半导体之间质的区别，突出地表现在电阻率和温度的变化关系上。导体的电阻率随温度的升高而增大，半导体的电阻率却随温度的升高而急剧地下降，其情况如图15-13所示，这是由于杂质半导体的施主能级（或受主能级）与导带（或满带）的能级只有的数量级，随着温度的微小变化，受激进入导带的电子数（或满带的空穴数）的变化十分灵敏，因而其导电性或电阻率也随之灵敏地变化。利用半导体材料制成的电阻器，对温度、热量的反应极其灵敏，我们称之为热敏电阻。由于热敏电阻对温度敏感，体积又小，热惯性也小，寿命又长，因此在无线电技术、远距离控制与测量、自动化等许多部门都有广泛的应用价值。

4．半导体的光电导现象

1873年发现了硒的光电导现象。半导体硒在光照下，它的电阻强烈地减小，也就是说它的电导增加了。在光的照射下，半导体中的电子吸收了光子的能量，可能引起电子从满带向导带的跃迁，也可能引起电子从施主能级向导带跃迁、或者电子从满带向受主能级跃迁，所有这些都会造成载流子的增加，从而降低电阻，增加电导。这种光激发的自由载流子常称为光生载流子。光生载流子愈多，物体的导电能力就愈大，由于这时载流子并没有逸出体外，所以光电导现象又称内光电效应。应该指出，半导体的光电导和热电导不同，光电导的大小和入射光的波长或频率有关，它是有选择性的，而热敏电阻则是一种没有选择性的辐射能接收器。利用半导体的光电导现象可以制成各种光敏电阻，成为自动化控制中的一个重要元件。在许多光电线路中，主要是利用光敏电阻如下两个性质：(1)电阻和光通量的关系；(2)光照引起的电流变化。

5．pn结

图15－14 pn结

在半导体内，由于掺杂不同，使部分区域是型，另一部分区域是型，它们交界处的结构称为pn结。由于电子和空穴的密度在两类半导体中并不相同，即区中空穴多而电子少，区中电子多而空穴少，因此区中的电子将向区中扩散，区中的空穴将向区中扩散，如图15-14(a)所示。结果在交界处形成正负电荷的积累。在区的一边是负电，而在区的一边是正电。这些电荷在交界处形成一电偶层[图15-14(b)]，这就是上面所说的pn结，厚度约为。显然，在pn结出现由区指向区的电场，将遏止电子和空穴的继续扩散，最后达到动平衡状态。此时在pn结处, 区相对于区有电势差，即所谓接触电势差，pn结处的电势是由区向区递增的，如图15-14c所示。

从半导体的能带结构来看，pn结的形成将使其附近的能带形状变化。这是因为结中存在电势差，使电子的静电势能改变了,于是区导带中电子的能量将比区导带中电子能量高，其差值为，这就导致pn结附近的能带发生了弯曲，如图15-15所示（为了简明起见，图中只画出满带的顶部及导带的底部）。能带的弯曲对区的电子和区的空穴都形成一个势垒，它阻碍着区的电子进入区，同时也阻碍着区的空穴进入区，通常把这一势垒区称为阻挡层。

图15-15 型和型半导体接触前后的能带情况

由于pn结中阻挡层的存在，把电压加到pn结两端时，阻挡层处的电势差将发生改变。如把正极接到端，负极接到端（一般称为正向联接，如图15-16(a)所示），外电场方向与pn结中的电场方向相反，致使结中电场减弱，势垒高度降低，能量差为，为外加电压，或者说减薄，于是区中的电子和区中的空穴易于通过阻挡层，将继续向对方扩散，形成由区流向区的正向宏观电流，外加电压增加，电流也随之增大。

反过来，如果把正极接到端，负极接到端（一般称为反向联接，如图15-16(b)所示），外电场方向与pn结中的电场方向相同。这时结中电场增强，势垒升高，能量差值变成，或者说阻挡层增厚。于是区中的电子和区的空穴更难通过阻挡层。但是区中的少量电子和区的少量空穴在结区电场的作用下却有可能通过阻挡层，分别向对方流动，形成了由区向区的反向电流。综合两者结果，pn结的伏安特性曲线如图15-17所示。二极管由pn结构成 ，所以二极管具有单向导电性。

图15-16 pn结整流效应

图15-17 pn结的伏安特性曲线