物質(zhì)按照導(dǎo)電能力的大小可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。大家知道金屬中有許多自由電子,在電場作用下,自由電子定向運動形成電流,所以金屬具有良好的導(dǎo)電性,是導(dǎo)體。在塑料、云母等材料中,雖然也含有大量的電子,但這些電子都被原子核緊緊地束縛在原子核周圍而不能自由運動,因而即使加很強的電場,這些電子也不會產(chǎn)生定向運動,形不成電流,所以這一類材料屬絕緣體。
除了導(dǎo)體和絕緣體外,還有一類物質(zhì).它們既不像導(dǎo)體那樣容易導(dǎo)電,也不像絕緣體那樣不容易導(dǎo)電,它們的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間,我們把這類物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。
純凈的半導(dǎo)體材料是不導(dǎo)電的,但半導(dǎo)體電子被束縛的狀態(tài)是較松的,隨著溫度的升高,會有個別電子掙脫束縛而成為自由電子,半導(dǎo)體也就有一些導(dǎo)電性了。電子在掙脫束縛離去之后,在原來的位置上會留下一個空位,這個空位可以被別的原子中的電子所填補,就好像在原來的空位移動了一個位置。如果給半導(dǎo)體加上電場,則這種空位的填補運動將是定向的,就好像空位由正向負運動。如果把可定向運動的自由電子稱為載流子的話,那么能定向運動的空位也是一種載流子,稱之為空穴。自由電子是一種帶負電的載流子,由于空穴的運動方向和電子的運動方向相反,所以空穴是一種帶正電的載流子。圖14-1 給出了半導(dǎo)體中載流子的運動方向,其中電流的方向與空穴運動方向相同,而與電子的運動方向相反。
雖然半導(dǎo)體中有兩種載流子.但由于其數(shù)量太少.所以純凈的半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力十分微弱。如果在純凈的半導(dǎo)體中適量加入微量的雜質(zhì)元素,就可以大大提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。加入半導(dǎo)體中的雜質(zhì)元素可分為兩種:一種雜質(zhì)加入半導(dǎo)體后,在半導(dǎo)體中會產(chǎn)生許多帶負電的電子,這種半導(dǎo)體叫做N 型半導(dǎo)體,其中的電子就是多數(shù)載流子,空穴是少數(shù)載流子;另一種雜質(zhì)加到半導(dǎo)體中會產(chǎn)生缺少電子的空穴,這種半導(dǎo)體叫做P 型半導(dǎo)體,其中的空穴就是多數(shù)載流子,電子則是少數(shù)載流子。
在N 型和P 型兩種半導(dǎo)體中,多數(shù)載流子和少數(shù)載流子的數(shù)量相差很多。