什么叫半导体半导体有些什么特性

什么是半导体？让我们通过对比导体和绝缘体来理解这个概念。

我们熟悉的金属铜是导体，其原子结构最外层只有一个电子，称为价电子。由于原子核与价电子之间的吸引力相对较小，当受到外力时，这个电子很容易脱离铜原子，成为自由电子，这也是铜成为导体的主要原因。

反观绝缘体，其原子结构通常拥有稳定的8个价电子，极为稳定。那么，半导体就位于这两者之间。那么，半导体的原子结构又是怎样的呢？通过查看元素周期表，我们可以发现，位于导体和绝缘体分界线的元素是制造半导体的关键材料，其中硅元素是最具影响力的。

硅原子的最外层有4个电子。为了达到稳定状态，它要么舍弃四个电子，要么再吸引四个电子。而在硅的原子排列中，它通过共享上下左右的四个电子，形成了稳定的8电子结构，也就是共价键。

那么，硅的导电性是如何产生的呢？当温度高于绝对零度时，价带中的电子可能会跃迁成为自由电子，同时在原来的位置上留下空穴。在硅晶体中，这些自由电子和空穴数量相等，它们都可以参与导电，这种状态下的硅被称为本征半导体。

虽然硅的结构已经很完美，但我们还可以通过掺杂其他元素来增强半导体的导电能力。例如，当我们用5价磷原子替代硅原子时，可以提高自由电子的浓度，得到N型半导体。相反，如果用最外层只有三个电子的硼原子替代硅原子，提高空穴的浓度，就可以得到P型半导体。

那么，当这两种类型的半导体连接在一起会发生什么呢？N区的电子会向P区扩散，P区的空穴也会向N区扩散，形成一个由N指向P的“内电场”，阻止扩散的进行。当两者达到动态平衡后，在交界处会形成空间电荷区，这就是PN结。

PN结具有单向导电性，人们利用这一特性制造出了二极管。当太阳光照PN结上时，会激发产生电子和空穴对。这些电荷在界面层分离，形成由P指向N的光生电场，这就是光生伏特效应。这也是太阳能电池的基本原理。