在我們的日常生活中,，經(jīng)常看到或用到各種各樣的物體,，它們的性質是各不相同的,。有些物體，如鋼、銀,、鋁,、鐵等，具有良好的導電性能,，我們稱它們?yōu)閷w,。相反，有些物體如玻璃,、橡皮和塑料等不易導電,，我們稱它們?yōu)榻^緣休(或非導體)。還有一些物體,，如鍺,、硅、砷化稼及大多數(shù)的金屬氧化物和金屬硫化物,，它們既不象導體那樣容易導屯,，也不象絕緣體那樣不易導電，而是介于導體和絕緣體之間,，我們把它們叫做半導體" title="半導體">半導體,。絕大多數(shù)半導體都是晶體，它們內部的原子都按照一定的規(guī)律排列著,。因此,，人們往往又把半導體材料稱為晶體，這也就是晶體管" title="晶體管">晶體管名稱的由來(意思是用晶體材料做的管子),。

    物體的導電性能常用電阻率來表示,。所謂電阻率，就是某種物體單位長度及單位截面積的體積內的電阻值,。電阻率越小,，越容易導電；反之,，電阻率越大,，越難導電。

    導體,、絕緣體的電阻率值隨溫度的影響而變化很小,。但溫度變化時，半導體的電阻率變化卻很激烈,；每升高1℃,，它的電阻率下降達百分之幾到百分之幾十。不僅如此,，當溫度較高時,，整體電阻甚至下降到很小，以致變成和導體一樣。

    在金屬或絕緣體中,，如果雜質含量不超過干分之一,，它的電阻率變化是微不足道的。但半導體中含有雜質時對它的影響卻很大,。以鍺為例,，只要含雜質一千萬分之一，電阻率就下降到原來的十六分之一,。

    鍺是典型的半導體元素,，是制造晶體管的一種常用材料（注：當前的半導體元器件生產以硅Silicon材料為主）。現(xiàn)以鍺為例來說明如何會在半導體內產生電流,、整流性能和放大性能

,。

  
    我們知道，世界上的任何物質都是由原了構成的,。原子中間都有一個原子核和者圍繞原子核不停地旋轉酌電子,。不同元素的原子所包含的電子數(shù)目是不同的。蔗原子的原子核周圍有32個電子,，圍繞著原子核運動,。原子核帶有正電荷．電子帶有負電荷；正電荷的數(shù)量剛好和全部電子的負電荷數(shù)量相等,，所以在平時鍺原子是中性的,。

    電子圍繞原子核運動，和地球圍繞太陽遠行相似,。在核的引力作用下,，電子分成幾層按完全確定的軌道運行，而且各層所能容納的電子數(shù)日也有一定規(guī)律,。如圖所示：在鍺原子核周圍的32個電子組成四層環(huán)，圍繞原子核運動,。從里往外數(shù),，第一層環(huán)上有2個電子，其余依次為8,、18,、4個電子。凡是環(huán)上的電子數(shù)為2,、8,、18時．這些環(huán)上的電子總是比較穩(wěn)定的。若環(huán)上的電子數(shù)不等于以上各數(shù)時,，這些環(huán)上的電子總是不太穩(wěn)定,。

    因此，鍺原子結構中，第一,、二,、三層的電于是穩(wěn)定的，只有第四層(即最外一“層)的4個電于是不穩(wěn)定的,。因最外一層的電子沒有填滿到規(guī)定的數(shù)目,。我們把最外一層的電子叫做價電子。一般來說,，最外層有幾個價電子,，其原子價就為幾。鍺的最外層有4個價電子,，所以鍺的原子價為4,。

    受外界作用，環(huán)上的電子可以克服原子核的吸引力而脫離原子,，自由活動成為自由電子,。這些自由電子在電場力的作用下，產生空間運動,，就形成了電流,。可以想像,，由于最外層的價電子離核比較遠,，所受引力最小，所以最容易受外界影響而形成自由電子,。因此,，從導電性能看，價電子是很重要的,。我們所說的鍺元素就是依靠它最外層的4個價電子進行導電的,。  

     鍺晶體內的原子很整齊的排列著。各個原子間有相互排斥的力量,，而每個原子除了吸引自己的價電子外,，還吸引相鄰原子的價電子。因此,，兩個相鄰原子的價電子便成對地存在,。這一對電子同時受這兩個原子核的吸引，為它們所“共有”,。這兩個相鄰原子也通過這個電子對被聯(lián)系在一起,。這樣，電子對就好像起了鍵(聯(lián)結)的作用,，我們叫它共價鍵,。每一個鍺原子以其4個價電子與其他4個鍺原子的價電子組成4個共價鍵而達到穩(wěn)定狀態(tài),。

    在理想情況下，鍺晶體中所有的價電子都織成了電子對,，因此沒有自由電子,，這時鍺晶體是不易導電的。
 
    但在外力作用下,，如受溫度變化,，其中可能會有一個價電子脫離鍵的束縛，掙脫共價鍵而跳出來,，成為自由電子,。這時共價鍵中出現(xiàn)了一個空位，我們把這個空位叫做空穴,。由于原子本身正電荷和負電荷相等,，故原子失去了電子后，整個原子就帶正電荷,，稱為正離子,。正離子容易吸引相鄰原子的價電子來填補，電子離開后所留下的空位,，使相鄰原子中又出現(xiàn)空穴,，而這個新出現(xiàn)的空穴，又可能為別的電子去填充,。電子這樣不斷地填充空穴,，就使空穴的位置不斷地在原子問轉移?？昭ǖ霓D移,，實際上也是電子(電荷)的運動，所以也就形成電流,，這叫做空穴流,。而原來失去的屯子，在晶體中運動,，形成了電子流,。為了便于敘述，今后就認為空穴在運動,，而且把它當作一個正電荷來看(實際上是空穴所在的原子呈現(xiàn)一個單位正電荷的電量)。由于空穴和電子都帶有電荷,，它們的運動都形成電流,，所以就統(tǒng)稱它們?yōu)檩d流子。

    一塊不含有雜質的,、品格完整的半導體叫做本征半導體,。因為它品格完整,，如果有一個電子從共價鍵中釋放出來，必定留下一個空眾,。所以本征半導體中電子和空眾總是成對地出現(xiàn),，它們的數(shù)日相等，稱為電子一空穴對,。在常溫下,，由于熱運動的結果，在本征半導體中會產生一定數(shù)量的電子一空穴對,，形成電子流和空穴流,，總的電流是兩者之和。如沒有外界電場作用,，電子和空穴的這種運動是雜亂無章的,，電子流和空穴流方向也是不定的，結果互相抵消,，沒有凈電流出現(xiàn),。但在電場作用下，這種半導體兩端就出現(xiàn)電壓,，電子向正端方向運動,，空穴向負端方向運動，形成了定向電流,，半導體內就產生電流了,。本征半導體因電場作用而產生的導電現(xiàn)象就叫本征導電。

    通常,，我們很少見到本征半導體,，大多遇到的都是P型半導體或N型半導體。 
 
    前面說過,，半導體中加進了雜質,，電阻率就大大降低。這是因為加進雜質后,，空穴和電子的數(shù)目會大大增加,。例如，在鍺晶休中摻入很少一點三價元素銦,，由于銦的價電子只有三個,，滲入鍺晶體后，它的三個價電子分別和相鄰的三個鍺原子的價電子組成共價鍵,，而對相鄰的第四個鍺原子,，它沒有電于拿出來和這個鍺原子“共有”了，這就留下了一個空穴(見圖1一3(c)),。因為摻入了少量的雜質銦,，就會出現(xiàn)很多空穴,；這是因為即使是少量的，里面含有的原子數(shù)目卻不少,。雜質半導體中空穴和電子數(shù)目不相等,，在電場作用下，空穴導電是主要的,，所以叫空穴型半導體或者說是P型半導體,。換句話說，P型或空穴型半導體內是有剩余空穴的,，摻入的雜質提供了剩余空穴,。在P型半導體中，空穴是多數(shù),，所以稱空穴為多數(shù)載流子,；電子數(shù)目少，就叫少數(shù)裁流子,。滲入的雜質能產生空穴接受電子,，我們叫這種雜質為受主雜質。

    如果把五價元素砷摻入鍺晶體中,，砷原子中有5個價電于,，它和四個鍺原子的價電子組成共價鍵后，留下一個剩余電子,，這個剩余電子就在晶體中到處游蕩,，在外電場作用下形成定向電子流。摻入少量的砷雜質就會產生大量的剩余電子,，所以稱這種半導體為電子型半導體或N型半導體,。在這種半導體中有剩余電子，這時電子是多數(shù)載流子,，而空穴是少數(shù)載流子,。因為砷是施給剩余電子的雜質，所以叫做施主雜質,。

    如果沒有外電場的作用,，不論N型或P型半導體，它們的載流子運動是無規(guī)則的,，因此,，不會形成電流

。

    把一塊P型半導休和N型半導體緊密聯(lián)接在一起時(實際上只能用化學方法將兩個原來獨立的鍺片合在一起)．就會發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象,，即在它們的兩端加上適當?shù)碾妷簳r,，會產生單向導電觀象。因為這時在它們的交界面上形成了一個所謂P—N結的結構,，單向導電現(xiàn)象就發(fā)生在這一薄薄的P—N結中,。P—N結是晶體管的基礎，它是由擴散形成的,。

    我們知道,，P型半導體內空穴是多數(shù)載流子，即空穴的濃度大,；而N型半導體內電子是多數(shù)載流予,，電子的濃度大。二者接觸之后,，由于在P型區(qū)和N型區(qū)內電子濃度不同,，N型區(qū)的電子多，就向P型區(qū)擴散,，擴散的結果如圖1—4(b)所示,。N型區(qū)薄層I中部分電子擴散到P型區(qū)去，薄層I便因失去電于而帶正電,。另一方面,，P型區(qū)的空穴多，也會向空穴濃度小的N型區(qū)擴散,，結果一部分空穴從薄層I向P(型區(qū)擴散,，使薄層Ⅱ帶負電。

    電于和空穴的擴散是同時進行的,，總的結果,，P型區(qū)薄層Ⅱ流走了空災，流進了電子,，所以帶負電,，而N型區(qū)的薄層I流走了電子，流進了空穴,，因而帶正電,，而且隨著擴散現(xiàn)象的繼續(xù)進行，薄層逐漸變厚,，所帶的電量也逐漸增加,。不過，這種擴散現(xiàn)象不會無休止的進行下去,；當擴散進行到一定程度后,，薄層Ⅱ帶了很多負電，從N型區(qū)向P型區(qū)擴散的電子總數(shù)因電子受到它的排斥不再繼續(xù)增加,；同樣道理,，從P型區(qū)向N型區(qū)擴散的空災總數(shù)也不再增加。于是擴散似乎不再繼續(xù),，而達到所謂“動態(tài)平衡狀態(tài)”,。這時P—N結也就形成了,。

    所謂P—N結，就是指薄層I和Ⅱ所構成的帶電結構,。因為它能阻止電子和空穴的繼續(xù)擴散,，所以也叫阻擋層。它們之間的電位差一般稱勢壘或位壘,。

    我們用圖來闡明P—N結的單向導電性能,。依照圖示方法，將P型區(qū)接電池正極,，N型區(qū)接負極,。向右調動電位器，使加到P—N結構端的電壓逐頹增高,，就會發(fā)現(xiàn)：當電壓表讀數(shù)增高時,，電流表的讀數(shù)也隨之增大。此時,，P—N結的電阻很小,，這種接法叫正向聯(lián)結。

    若反過來,，把P型區(qū)接電池負極,，而N型區(qū)接正極，這時我們會發(fā)現(xiàn)：把電壓增高到幾十伏,，電流的指示只有幾個或幾十個微安,，此時P—N結的電阻很大，反向電流很快就達到飽和不再增加了,。這說明電流只能沿著一個方向流過P—N結,，這個現(xiàn)象就叫做單向導電。

    單向導電現(xiàn)象可以這樣來解釋,；因為在P型區(qū)接電池正極而N型區(qū)接負極時,，外加電壓的方向剛好和P—N結勢壘電壓的方向相反，使薄層Ⅱ帶的負電量和薄層I帶的正電量減少,，因此削弱了P—N結的勢壘,，于是在正電壓的作用下，電子和空穴的擴散又可進行,，N型區(qū)的電子不斷跑到P型區(qū),，P型區(qū)的空穴也不斷跑到N型區(qū)，正向電流也就產生了,。而且,，正向電壓加得越高，P—N結勢壘削弱得越厲害，擴散也就越容易進行,，正向電流也就越大,。

    當P—N結和電池反向連接時，外加電壓起著增強P—N結勢壘的作用,，使薄層Ⅱ帶的負電荷和薄層I帶的正電荷增加,，擴散更無法進行。這時只有P型區(qū)的少數(shù)教流子一電子和N型區(qū)的少數(shù)我流子一空穴,，受外加電壓作用形成微弱的反向電流。而少數(shù)栽流子的數(shù)目不多,，所以在反向電壓只有零點幾伏時,，反向電流就達到飽和了。

    P—N結還有一個十分重耍的特性,，即所謂反向擊穿電壓,。當所加反向電壓大到一定數(shù)值時，P—N結電阻會突然變得很小,，反向電流會驟然增大,，而且是無限地增大。這種現(xiàn)象叫P—N結的反向擊穿,。開始擊穿時的電壓數(shù)值叫反向擊穿電壓,。它直接限制了P—N結用做整流和檢波時的工作電壓。

    總之,，一個簡單的P—N結具有單向導電的特性,，半導體收音機正是利用這一特性來進行整流和檢波的。半導體二極管就是根據(jù)這一原理制成的,。