半導體中的載流子

大家知道，金屬是透過自由電子來導電的，但半導體導電除了依靠電子外還依靠空穴，所以半導體的導電型別可分為電子型和空穴型。半導體的導電型別可以透過摻雜來進行控制，摻雜是半導體器件製造工藝中一個最基本、最重要的方法。

我們已經介紹了晶體的共價鍵。共價鍵中的電子是兩個原子共有的，它們被束縛在圍繞這兩個原子的某一軌道上。所以共價鍵結構的晶體雖然有大量的價電子，但它們都不是自由電子因而不能導電。那麼，半導體應該是絕緣體了，為什麼在一般溫度下又能導電呢？原來，在共價鍵中的電子雖然處於束縛狀態，但這種束縛並不牢固，只要供給價電子一定的能量，它就可以掙脫束縛而成為自由電子。

使價電子脫離束縛所需的能量從哪裡來呢？我們知道在一定的溫度下，晶體中的原子要作熱運動，價電子可以從原子熱運動中得到能量，從束縛的狀態變為自由狀態，成為自由電子。我們以矽為例來看看它的導電機理：當一個價電子脫離矽原子核的束縛成為自由電子的同時，在它原來的地方由於缺少了一個價電子而留下一個空位，我們把這個空位稱為空穴。在這種情況下，導電電子和空穴是成對地產生的。

原子原來是電中性的，因為核外電子所帶的負電荷總量等於原子核所帶的正電荷。現在由於少了一個價電子，這個原子就帶正電荷。我們也可以理解為留下的空位是帶正電荷。但是這個空位不會總是空著的，因為鄰近的價電子會跑過來填補。鄰近的原子走掉一個價電子後又出現了一個空位。這樣，空位不斷地出現又不斷地被填補。

因此，我們可以得出這樣的結論：（1）空穴是帶正電荷的。（2）空穴在晶格中會像導電電子一樣不斷地運動。我們可以舉一個例子，在一排隊伍中走掉個人留下一個空位，後面的人不斷排上去填補空位。人的不斷向前填補可以看做空位不停地向後運動一樣。在沒有外電場時，電子和空穴的運動是無規律的，所以不能形成電流。只有在外電場的作用下，電子和空穴的定向運動才能形成電流。這種能形成電流的導電電子和導電空穴稱為半導體中的載流子。這樣，半導體中除了電子的導電作用外還有空穴參加導電。所以半導體與金屬的導電機理是不一樣的。