半導體電導率

能夠傳導或不傳導電流的物質並不僅限於導體和電介質的嚴格劃分。還有半導體，例如矽、硒、鍺以及其他值得作為一個單獨的組分開的礦物和合金。

這些物質的導電性能比電介質好，但比金屬差，它們的導電性會隨著溫度或光照的增加而增加。半導體的這一特性使它們適用於光和溫度傳感器，但它們的主要應用仍然是電子產品。

例如，如果您觀察矽晶體，您會發現矽的化合價為 4，也就是說，在其原子的外殼上，有 4 個電子與晶體中相鄰的四個矽原子結合。如果這樣的晶體受到熱或光的影響，那麼價電子將獲得能量增加並離開它們的原子，成為自由電子 - 電子氣將出現在半導體的開放體積中 - 就像在金屬中一樣，也就是說，它會發生一個保持條件。

但與金屬不同的是，半導體在電子和空穴的傳導性方面存在差異。為什麼會發生這種情況，它是什麼？當價電子離開它們的位點時，缺乏負電荷的區域——“空穴”——會在那些現在帶有過量正電荷的位點中形成。

相鄰的電子很容易跳入由此產生的“空穴”，一旦這個空穴被跳入其中的電子填滿，就會再次形成一個空穴來代替跳躍的電子。

即，可知空穴是半導體的帶正電的移動區域。當半導體連接到帶有 EMF 源的電路時，電子將移動到源的正極端子，而空穴將移動到負極端子。這就是半導體的內部導電性發生的方式。

在沒有施加電場的情況下，空穴和傳導電子在半導體中的運動將是混亂的。如果在晶體上施加外電場，則其內部的電子會逆電場運動，而空穴會順電場運動，即半導體會發生內導現象，這不僅會由電子引起，但也由空穴引起。

在半導體中，傳導總是在一些外部因素的影響下發生：由於光子照射、溫度影響、施加電場等。

半導體中的費米能級落在帶隙的中間。電子從上價帶躍遷到下導帶需要一個等於帶隙增量的活化能（見圖）。一旦電子出現在導帶中，就會在價帶中產生一個空穴。因此，在一對電流載流子的形成過程中，消耗的能量被平均分配。

一半的能量（對應於一半的帶寬）用於電子轉移，一半用於空穴形成；結果，原點對應於條帶寬度的中間。半導體中的費米能量是電子和空穴被激發的能量，半導體費米能級位於帶隙中間的位置可以通過數學計算確定，這裡省略數學計算。

在外部因素的影響下，例如，當溫度升高時，半導體晶格的熱振動導致一些價鍵被破壞，結果部分電子成為分離的自由載流子.

在半導體中，隨著空穴和電子的形成，會發生復合過程：電子從導帶進入價帶，將其能量提供給晶格並發射電磁輻射量子。因此，每個溫度對應於空穴和電子的平衡濃度，根據以下表達式，這取決於溫度：

當一種略有不同的物質被引入到具有比母體物質更高或更低化合價的純半導體的晶體中時，也存在半導體的雜質電導率。

如果在純矽中，比如說，相同的矽，空穴和自由電子的數量是相等的，也就是說，它們始終成對形成，那麼在添加到矽中的雜質（例如砷）的情況下，具有5價時，空穴數會少於自由電子數，即由大量自由電子組成的半導體，帶負電，則為n型（負）半導體。如果混合銦，它的價數為 3，低於矽的價數，那麼就會有更多的空穴——它將成為 p 型（正）半導體。

現在，如果我們讓不同電導率的半導體接觸，那麼在接觸點我們會得到一個 p-n 結。從 n 區移動的電子和從 p 區移動的空穴將開始相互移動，並且在接觸的相對側將有帶相反電荷的區域（在 pn 結的相對側）：正電荷將聚集在 n 區，負電荷聚集在 p 區。與躍遷有關的晶體的不同部分將帶相反的電荷。這個職位對每個人的工作都非常重要。 半導體器件.

這種設備最簡單的例子是半導體二極管，其中僅使用一個 pn 結，足以完成任務——僅在一個方向上傳導電流。

來自 n 區的電子向電源的正極移動，而來自 p 區的空穴向負極移動。足夠的正電荷和負電荷會在結附近積累，結的電阻會顯著降低，電流會流過電路。

在二極管的反向連接中，電流會減少數万倍，因為電子和空穴會被結點不同方向的電場吹走。這個原理有效 二極管整流器.