半導(dǎo)體導(dǎo)電原理 半導(dǎo)體一般是由4 價(jià)的硅或鍺為主體材料,它們的晶體結(jié)構(gòu)也和金剛石一樣,每個(gè)原子由4 個(gè)價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)在空間等距、有序環(huán)繞,構(gòu)成金剛石結(jié)構(gòu),很純的單晶硅基本不導(dǎo)電.
N型半導(dǎo)體  在純硅晶體中加了少量的磷元素后,就形成了N型半導(dǎo)體.5價(jià)的磷原子鑲嵌在硅晶體中,本來(lái)硅晶體的每個(gè)原子通過(guò)4個(gè)結(jié)構(gòu)元相互聯(lián)接,價(jià)和速率相同,而磷的5個(gè)價(jià)電子參入硅中價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn),尚有一個(gè)電子無(wú)價(jià)和軌道,它雜混在其它價(jià)和軌道中,擾亂了原均勻的速率,使得整個(gè)晶體中的價(jià)和電子出現(xiàn)了擁擠和等待的紊亂現(xiàn)象,于是晶體中出現(xiàn)了臨時(shí)性的電子空位(臨時(shí)性空位在晶體中占有一定概率),外來(lái)電子可乘虛而入,晶體的導(dǎo)電能力增加,形成的N型半導(dǎo)體.
P型半導(dǎo)體在硅晶體中加入少量的硼元素后,硼在價(jià)和結(jié)構(gòu)中頂替了一個(gè)硅原子,因硼外層只有3個(gè)價(jià)電子,使得與硼相連的4個(gè)結(jié)構(gòu)元中有一個(gè)是單電子價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn),于是就有了電子空位,與這個(gè)結(jié)構(gòu)元相連的6個(gè)結(jié)構(gòu)元外端又連著18個(gè)結(jié)構(gòu)元,這樣電子空位呈2×3 擴(kuò)展,所以該晶體的導(dǎo)電能力也呈幾何級(jí)數(shù)增加.電子空位擴(kuò)展之后空位出現(xiàn)的時(shí)間越來(lái)越短,也就不成其為空位了.
以上論述說(shuō)明,不管是N型還是P型半導(dǎo)體,其導(dǎo)電能力都是由電子空位提供的.電子空位則是由晶體中雜質(zhì)分布引起價(jià)和電子紊亂運(yùn)行所致,所出現(xiàn)的電子空位是瞬時(shí)的、隨機(jī)的.這也導(dǎo)致了半導(dǎo)體的"測(cè)不準(zhǔn)"及溫升,熱敏等諸多物理性質(zhì).
晶體管的PN結(jié)的實(shí)質(zhì)是疏通或堵塞電子空位.
二極管 把N 型和P 型半導(dǎo)體材料緊密結(jié)合起來(lái),兩端連上導(dǎo)線,就形成了半導(dǎo)體二極管.二極管最關(guān)鍵的部位在兩種材料的結(jié)合處,人們稱(chēng)之為P N 結(jié).
由于N 型半導(dǎo)體是5 價(jià)的磷鑲嵌在以4 價(jià)為主體硅晶體中,有多出的電子.而在P 型半導(dǎo)體中是3 價(jià)的硼在以硅為主體的結(jié)構(gòu)元連接中,頂替了一個(gè)硅原子的位置,在整體上有缺少電子的趨勢(shì).把這兩種晶體緊密結(jié)合：N 型半導(dǎo)體中多出的電子向缺少電子的P 型半導(dǎo)體中擴(kuò)散.這樣,在結(jié)合部附近,各結(jié)構(gòu)元的價(jià)和電子數(shù)正好達(dá)到平衡,（圖9-1）每個(gè)原子周?chē)膬r(jià)和電子平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn),沒(méi)有了電子的紊亂和等待,也就沒(méi)有了電子空位.這就是在不導(dǎo)電時(shí)的P N 結(jié).
金屬導(dǎo)電原理 電流是電子的定向流動(dòng),這就像水流是水的定向流動(dòng)一樣.這叫人聯(lián)想到一個(gè)常用的中國(guó)詞"流通",通則流,不通則不流.水流不是因?yàn)樵撐矬w內(nèi)有水(桶里的水,池塘里的水就不能形成水流).除了壓力差之外還必須得"通"——必須得有讓水定向通過(guò)的空間(如渠道、管道等)；電流不是因?yàn)樵撐矬w內(nèi)的電子有自由,除了電壓差之外還必須得"通"——必須得有讓電子定向通過(guò)的空間.
那么,是什么使得物體能夠?qū)щ?——是該物體內(nèi)原子間有電子的通路.前提條件是：該物體價(jià)和電子數(shù)量較少并且運(yùn)轉(zhuǎn)不夠飽滿（在平面運(yùn)轉(zhuǎn),沒(méi)能形成飽滿的球狀）,在價(jià)和電子運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí),存在著能讓外電子竄入的間隙和時(shí)機(jī)；存在著能讓電子在其間穿越運(yùn)動(dòng)的空位,我們把原子外層所呈現(xiàn)的這種空位叫做電子空位.電子空位是電子流動(dòng)的通路,有了這樣的通路,外來(lái)的電子才能在其間運(yùn)動(dòng),形成電子的流動(dòng)——電流.
導(dǎo)電原理是： 某物質(zhì)的原子的價(jià)電子較少,外電子層不飽滿,或速率很低,存在著電子空位,在電壓的作用下外來(lái)的電子進(jìn)入電子空位,電子在電子空位間換位移動(dòng),形成電流.
有了電子空位,外來(lái)電子才能進(jìn)入,才能在物質(zhì)內(nèi)定向運(yùn)動(dòng)形成電流.導(dǎo)體、半導(dǎo)體、液體導(dǎo)電都是如此,超導(dǎo)原理也是如此.
電子空位是由價(jià)和電子的數(shù)量、速率及線路所決定.金屬原子外層電子較少,組合成結(jié)構(gòu)元之后,每個(gè)原子的外層僅有一、二個(gè)價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)圍繞,原子的外層仍存在較多的電子空位,能容外來(lái)電子進(jìn)入、移動(dòng),因而易于導(dǎo)電.
在絕緣體內(nèi),因原子的價(jià)電子多,多個(gè)價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)包圍著一個(gè)原子,使原子的外電子層趨近飽和,沒(méi)有電子空位(或很少),不能容外界電子進(jìn)入,因而不能導(dǎo)電.