Den elektriska ledningsförmågan hos ett ämne bestäms av atomstrukturen. Ledare är i allmänhet billiga element och deras yttersta elektroner lossas enkelt från kärnan till fria elektroner, vilket ger riktningsrörelse under verkan av ett externt elektriskt fält för att bilda en elektrisk ström. Prisrika element (såsom inerta gaser) eller högmolekylära ämnen (såsom gummi), deras yttersta elektroner påverkas starkt av atomer och bindningskrafter, och det är svårt att bli fria elektroner, så ledningsförmågan är extremt dålig och blir en isolator. De vanligen använda halvledarmaterialen, kisel (Si) och germanium (Ge) är tetravalenta element, och deras yttersta elektroner är inte lika lätt att bryta bort från kärnan som ledare eller lika tätt som isolatorerna är bundna av kärnan. Ledningsförmåga ligger någonstans däremellan.
Den rena halvledaren görs till en enda kristall genom en viss process. Detta är den inneboende halvledaren. Atomerna i kristallen bildar en väl inriktad kudde i rymden, och intilliggande atomer bildar kovalenta bindningar.
Den kovalenta bindningen i kristallen har en stark bindningskraft. Därför erhåller vid en normal temperatur endast ett mycket litet antal valenselektroner tillräcklig energi på grund av termisk rörelse (termisk excitation) och därmed bryter fritt från den kovalenta bindningen till en fri elektron. . Min kollega lämnar ett hål i den kovalenta bindningen. En atom laddas positivt av förlusten av en valenselektron, eller hålet är positivt laddat. I den inneboende halvledaren verkar fria elektroner och hål accepteras, det vill säga antalet fria elektroner och hål är lika.
Om en frielektron möter ett hål i rörelseförloppet, fyller det hålrummet och försvinner båda samtidigt. Detta fenomen kallas överensstämmelse. Vid en viss temperatur producerar den externa excitationen ett fritt elektron- och hålpar som är lika med antalet matchande fria elektron- och hålpar, vilket ger en dynamisk jämvikt.
Bandteori:
1. När elektroner i en enda atom rör sig runt en kärna, har elektronerna i varje omlopp en viss energi;
2. Närmare kärnans kärna, desto lägre elektronenergi
3. Enligt principen om minsta energi har elektroner alltid den lägsta energinivån.
4. Energibandet upptaget av valenselektroner kallas valensbandet.
5. Det finns ett förbjudet band ovanför valensbandet. Det finns ingen energinivå ockuperad av elektroner i det förbjudna bandet.
6. Den förbjudna zonen IQ är ledningsbandet. Energinivån i ledningsbandet är den energinivå som den fria elektronen kan uppta när priselektronen bryts bort från den kovalenta bindningen.
7. Den förbjudna bandbredden uttrycks av Eg, och dess värde är relaterat till faktorer som halvledarens material och temperaturen vid vilken den placeras.