照明半导体的导电机理

　　当在一块半导体的两端加上电压后，则价电子在无规则的热运动基础上叠加了由电场引起的定向运动，形成了电流，并且它的运动状态也发生了变化，因而其运动能量必然与原来热运动时有所不同。在晶体中，根据泡利不相容原理，每个能级上最多能容纳两个电子。因此，要改变晶体中电子的运动状态，以便改变电子的运动能量，使它跃迁到新的能级中去，一般需要满足两个条件：一是具有能向电子提供能量的外界作用；二是电子要跃人的那个能级是空的。

　　由于导带中存在大量的空能级，当有电场SRM2A256SL-TM70作用时，导带电子能够得到能量而跃迁到空的能级中去，即导带电子能够改变运动状态。这也就是说，在电场的作用下，导带电子能够产生定向运动而形成电流，所以导带电子是可以导电的。

　　如果价带中填满了电子而没有空能级，在外加电场的作用下，电子又没有足够能量激发到导带，那么，电子运动状态无法改变，因而不能形成定向运动，也就没有电流。因此，填满电子的价带中的电子是不能导电的。如果价带中的一些电子在外界作用下跃迁到导带，那么在价带中就留下了缺乏电子的空位。可以设想，在外加电场作用下，邻近能级的电子可以跃人这些空位，而在这些电子原来的能级上又出现了新的空位。以后，其他电子又可以再跃人这些新的空位，这就好像空位在价带中移动一样，只是其移动方向与电子相反。因此，对于有电子空位的价带，其电子运动状态就不再是不可改变的了。在外加电场的作用下，有些电子在原来热运动上叠加了定向运动，从而形成了电流。

　　导带和价带电子的导电情况是有区别的，即：导带的电子越多，其导电能力越强；而价带的电子的空位越多，即电子越少，其导电能力就越强，通常把价带的电子空位想象为带正电的粒子。显然，它所带的电量与电子相等，符号相反。在电场作用下，它可以自由地在晶体中运动，像导带中的电子一样能够起导电作用，这种价带中的电子空位，通常称为空穴。南干由．子和率穴都能导电．一般把官们统称为载流子n完伞纯净和结构完整的半导体称为本征半导体。

　　假设在绝对零度耐，又不受光、电、磁等外界作用的本征半导体能带图。此时，导带没有电子，价带也没有空穴。因此，这时的本征半导体和绝缘体一样，不能导电。但是，由于半导体的禁带宽度Eg较小，因而在热运动或其他外界因素的作用下，价带的电子可激发跃迁到导带。这时，导带有了电子，价带也有了空穴，本征半导体就有导电能力。电子由价带直接激发跃迁到导带称为本征激发。对于本征半导体来说，其载流子只能依靠本征激发产生。因此，导带的电子和价带的空穴是相等的，这就是本征半导体的导电机理的特性。

　　实际上，晶体总是含有缺陷和杂质的，半导体的许多特性是由所掺的杂质和缺陷决定的。杂质和缺陷对半导体有决定性的影响，主要是由于在杂质和缺陷附近可形成束缚电子态，这就如同在孤立原子中电子被束缚在原子核附近一样。因能带的能量是和晶体基本原子的各能级相对应的（至少在能带不很宽的情况下是如此），而杂质原子上的能级和晶体中其他原子不同，所以它的位置完全可能不在晶体能带的范围之中。换句话说，杂质的能级可以在晶体能级的禁带中，即束缚态的能量一般处在禁带中。

　　在硅晶体中，硅有4个价电子，V族元素（如磷、砷、锑等）的原子取代了硅原子的位置．V族原子中5个价电子中有4个价电子与硅原子形成共价键，多余的一个价电子不在价键中，因而成为自由电子参与导电。能够导电的电子一般是导带中的电子。所以，硅中掺人一个V族杂质能够释放一个电子给硅晶体的导带，而杂质本身成为正电中心。具有这种特点的杂质称为施主杂质，因为它能给予电子；在离子晶体中，间隙中的正离子或负离子缺位，实际上也是正电中心，所以也是施主。被束缚于施主上的电子的能量状态称为施主能级。

　　在硅晶体中，当用具有3个价电子的Ⅲ族元素（如硼、铝、嫁、铟等）的原子取代硅原子组成4个共价键时，尚缺一个电子，即存在一个空的电子能量状态，它能够从晶体的价带接受一个电子，这就等于向价带提供一个空位。Ⅲ族原子本来呈电中性，当它接收了一个电子时，成了一个负电中心。具有这种特点的杂质称为受主杂质，因为它能接受电子。受主的空能量状态称为受主能级。在离子晶体中，正离子缺位或间隙负离子都同样起着负电中心的作用，也是受主。

　　施主（或受主）能级上的电子（或空穴）跃迁到导带（或价带）中去的过程称为电离，这一过程所需的能量就是电离能。所谓空穴从受主能级激发到价带的过程，实际上就是电子从价带激发到受主能级中去的过程。

　　E一表示导带底，E+表示价带顶。一般，施主能级离导带底较近，即杂质的束缚态能级略低于导带底，这样就可在常温下由于束缚态中的电子激发到导带而使导带中的电子远多于价带中的空穴。这种主要由电子导电的半导体，称为N型半导体。

　　一般，受主能级离价带顶较近，即在半导体中掺入某一杂质而使其束缚态略高于价带顶时，就可在常温下由于价带中的电子激发到束缚恋，因而使价带中的空穴远多于导带中的电子。这种主要由空穴导电的半导体，称为P型半导体。由于杂质的电离能比禁带宽度小得多，所以杂质的种类和数量对半导体的导电性能影响很大。在N型半导体中，由于n≥p，一般把电子称为多数载流子，而空穴称为少数载流子；在P型半导体中，则与上相反，空穴称为多数载流子，电子为少数载流子。