半导体是电阻率介于导体和绝缘体之间的物质。电阻率的特性不是唯一将材料确定为半导体的特性，但它具有以下特性。

• 半导体的电阻率小于绝缘体，而大于导体。

• 半导体具有负温度系数。半导体中的电阻随着温度的降低而增加，反之亦然。

• 当向半导体中添加合适的金属杂质时，半导体的导电特性会发生变化，这是非常重要的特性。

半导体器件广泛用于电子领域。晶体管取代了笨重的真空管，从而减小了设备的尺寸和成本，并且这种革命不断加快其步伐，从而导致了诸如集成电子产品的新发明。下图显示了半导体的分类。

半导体中的传导

在对电子有了一些了解之后，我们知道最外层的外壳具有价电子，这些价电子松散地附着在原子核上。这样的原子在靠近另一个原子时具有价电子，这两个原子的价电子结合形成“电子对”。这种键不是很牢固，因此是共价键。

例如，锗原子具有32个电子。第一轨道有2个电子，第二轨道有8个电子，第三轨道有18个电子，最后一个轨道有4个电子。这4个电子是锗原子的价电子。这些电子趋于与相邻原子的价电子结合，形成电子对，如下图所示。

孔的产生

由于提供给晶体的热能，一些电子倾向于移出它们的位置并破坏共价键。这些断裂的共价键导致自由电子随机游荡。但是被移走的电子在其后面产生一个空的空间或化合价，称为空穴。

代表缺失电子的这个空穴可以被视为单位正电荷，而电子被视为单位负电荷。释放的电子随机移动，但是当施加一些外部电场时，这些电子沿与施加的电场相反的方向移动。但是由于没有电子而产生的空穴沿施加电场的方向移动。

空穴电流

已经知道，当共价键断裂时，会产生一个孔。实际上，半导体晶体很容易形成共价键。因此，晶体中往往不存在孔。通过下图显示半导体晶格可以更好地理解这一点。

电子从位置A移动时会形成空穴。由于形成共价键的趋势，电子从B转移到A。现在，为了平衡B处的共价键，电子又从C转移到B。这继续建立了一条路径。在没有施加电场的情况下，空穴的这种运动是随机的。但是当施加电场时，空穴沿施加的电场漂移，这构成了空穴电流。这被称为空穴电流而不是电子电流，因为空穴的运动有助于电流流动。

电子和空穴处于随机运动状态时，可能会相互碰触，形成一对。这种重组导致热量释放，从而破坏了另一个共价键。当温度升高时，电子和空穴的产生速率增加，因此复合速率增加，这导致电子和空穴的密度增加。结果，半导体的电导率增加而电阻率减小，这意味着负温度系数。

本征半导体

极其纯净的半导体被称为本征半导体。这种纯半导体的特性如下-

• 电子和空穴仅通过热激发产生。
• 自由电子的数量等于空穴的数量。
• 在室温下传导能力很小。

为了提高本征半导体的导电能力，最好添加一些杂质。这种添加杂质的过程称为掺杂。现在，这种掺杂的本征半导体被称为非本征半导体。

兴奋剂

将杂质添加到半导体材料中的过程称为掺杂。加入的杂质通常是五价和三价杂质。

五价杂质

• 五价杂质是在最外层轨道上具有五个价电子的那些。示例：铋，锑，砷，磷

• 五价原子被称为施主原子，因为它向纯半导体原子的导带贡献了一个电子。

三价杂质

• 三价杂质是在最外层轨道上具有三个价电子的那些。示例：镓，铟，铝，硼

• 三价原子被称为受体原子，因为它从半导体原子中接受一个电子。

外在半导体

通过掺杂纯半导体形成的不纯半导体称为非本征半导体。根据所添加的杂质的类型，有两种类型的非本征半导体。它们是N型非本征半导体和P型非本征半导体。

N型外部半导体

将少量五价杂质添加到纯半导体中，以生成N型非本征半导体。添加的杂质具有5个价电子。

例如，如果将砷原子添加到锗原子，则四个价电子与Ge原子结合，而一个电子保留为自由电子。如下图所示。

所有这些自由电子构成电子电流。因此，当杂质添加到纯半导体中时，它提供了用于传导的电子。

• 在N型非本征半导体中，由于通过电子进行传导，因此电子是多数载流子，空穴是少数载流子。

• 由于不添加正电荷或负电荷，因此电子是电中性的。

• 当向加有五价杂质的N型半导体施加电场时，自由电子向正极移动。这称为负或N型电导率。

P型本征半导体

将少量的三价杂质添加到纯半导体中，以形成P型非本征半导体。添加的杂质具有3个价电子。例如，如果将硼原子加到锗原子上，则三个价电子与Ge原子相连，形成三个共价键。但是，锗中还有一个电子保留而未形成任何键。由于硼中没有剩余电子可形成共价键，因此该空间被视为空穴。如下图所示。

当少量添加硼杂质时，会提供许多有助于导电的空穴。所有这些空穴构成空穴电流。

• 在P型非本征半导体中，由于导电是通过空穴进行的，所以空穴是多数载流子，而电子是少数载流子。

• 此处添加的杂质提供了被称为受体的空穴，因为它们接受锗原子中的电子。

• 由于活动孔的数量保持与受体数量相等，因此P型半导体保持电中性。

• 当向加了三价杂质的P型半导体施加电场时，空穴向负电极传播，但其速度比电子慢。这称为P型导电性。

• 在这种P型导电性中，价电子不同于N型，从一个共价键移动到另一个。

为什么在半导体中首选硅?

在诸如锗和硅的半导体材料中，用于制造各种电子部件的广泛使用的材料是硅(Si) 。由于许多原因，硅比锗更受青睐-

• 能带隙为0.7ev，而锗为0.2ev。

• 热对的产生较小。

• SiO2层的形成对硅很容易，这有助于集成技术一起制造许多组件。

• 在自然界中，硅比锗容易发现。

• 由Si制成的组件中的噪音要比Ge少。

因此，硅被用于制造许多电子部件，这些电子部件被用于制造用于各种目的的不同电路。这些组件具有各自的属性和特殊用途。

主要电子组件包括-电阻器，可变电阻器，电容器，可变电容器，电感器，二极管，隧道二极管，变容二极管，晶体管，BJT，UJT，FET，MOSFET，LDR，LED，太阳能电池，热敏电阻，压敏电阻，变压器，开关，继电器等