物质按其导电性能进行分类，可分为三种类型：导体、半导体和绝缘体。
极易导电的物质被称为导体，如铜、铝等；极不易导电的物质称为绝缘体，如塑料、玻璃等；导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体，如硅、锗等。
半导体材料具有下列独特的导电性能：
（1）热敏性：当温度升高时，其导电性能将增强。利用这种特性可制成热敏元件。
（2）光敏性：当光照增强时，其导电性能增强。利用这种特性可制成光敏元件。
（3）在半导体材料中掺入杂质元素，其导电性能也将大大增强。利用这种特性可制成各种不同用途的半导体器件。
1）本征半导体
半导体材料硅和锗的原子结构如图3.1所示。它们均为4价元素，即原子最外层都有4个价电子，其简化模型如图3.2所示。
图3.1 硅、锗原子结构平面示意图
图3.2 硅、锗原子结构简化模型
当把硅、锗等半导体材料制成单晶体时，其原子排列就由杂乱无章的状态变成了非常整齐的状态。每个原子的4个价电子分别和相邻的4个原子的价电子构成4对共价键，如图3.3所示。这种单晶体结构的纯净半导体称为本征半导体。
在本征半导体中，不仅有电子载流子，还有一种叫空穴的载流子。在一定温度下，由于热运动，少数价电子会挣脱共价键的束缚而成为自由电子，即电子载流子，同时在共价键中留下一个空位，如图3.4所示，这种现象叫做本征激发。有了这样一个空位，邻近的价电子就很容易移过来进行填补，从而形成价电子填补空位子的运动。这种运动，无论是在效果上还是现象上，都好像一个带正电（电量与电子相等）的“空位子”在移动，我们把这种运动叫做空穴运动，把“空位子”叫做“空穴”。由此可见，空穴也是一种载流子（带电且能移动）。
所以，在半导体中，不仅有电子载流子，还有空穴载流子，这是半导体导电的一个重要特征。
图3.3 硅晶体结构的共价键示意图
图3.4 本征半导体结构示意图
2）P型半导体和N型半导体
在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对产生的，且在常温下数量很少，故导电能力较差。为此，人们发明了杂质半导体，其导电能力远大于本征半导体。
在本征半导体中掺杂少量杂质时，半导体晶体点阵的某些位置上，半导体原子被杂质原子所替代。根据掺入杂质的不同分为P型半导体和N型半导体。(www.xing528.com)
图3.5 硅单晶掺杂的示意图
P型半导体 这是种在本征半导体中（例如硅半导体中）掺入少量的3价元素（如硼元素等）的半导体。硼原子最外层只有3个电子，所以当它与硅原子组成共价键时，就会因缺少一个电子而形成空穴（见图3.5（a））。在这种半导体中，空穴浓度远远大于自由电子的浓度，所以把空穴叫做多数载流子（简称多子），把自由电子叫做少数载流子（简称少子）。这种半导体主要靠空穴导电，所以叫做空穴半导体，简称P型半导体。
N型半导体 如果在本征半导体中掺入的是磷、锌等5价元素，如图3.5（b）所示，硅原子和磷原子组成共价键后，磷原子多出的一个电子受原子核的束缚很小，因此，该电子很容易成为自由电子。所以，在这种半导体中，电子载流子的数目很多，是多子；空穴载流子的数目很少，是少子。这种半导体主要靠自由电子导电，故叫电子半导体，简称N型半导体。
3）PN结及其单向导电特性
（1）PN结的形成
当采用不同的掺杂工艺使半导体的一边是P型半导体，另一边是N型半导体时，交界的地方必然会发生由于浓度差而引起电子和空穴的扩散运动，即P区的空穴向N区扩散，N区的自由电子向P区扩散。随着扩散的进行，交界处P区空穴减少，出现负离子区（用⊖表示）；N区自由电子减少，出现正离子区（用⊕表示），形成空间电荷区（又称耗尽层）。由于正负离子的相互作用，在交界面的两边便产生了内部电场，其方向由N区指向P区，见图3.6。这样，扩散将受到这个内部电场的阻力作用。虽然内部电场阻止多子的扩散，但是对于少子却起着吸引作用，只要它们靠近交界面，就会被内部电场拉到对方区域中去，这种在内部电场作用下少数载流子所作的定向运动称为漂移。扩散运动和漂移运动最后必将达到动态平衡。在动态平衡状态，当P区空穴向N区扩散产生扩散电流时，必然会有数量相同的空穴漂移电流由N区流向P区，两者方向相反，数值相等。同理，自由电子扩散电流也必然被自由电子的漂移电流所抵消。动态平衡时，空间电荷区的宽度相对稳定，PN结也就形成了。
图3.6 PN结的形成
（2）PN结的单向导电特性
PN结加正向电压（称正向偏置）导通：将电源正极接P区，负极接N区，这种连接方式称为正向接法，见图3.7。由于外加电场与内部电场方向相反，因而削弱了内部电场，使空间电荷量和耗尽层的宽度都减少，N区和P区中的多子都能较顺利地越过PN结，形成较大的扩散电流。因此，正向接法使PN结呈现导通状态，导通时电阻很小。
图3.7 PN结正向偏置
图3.8 PN结反向偏置
PN结加反向电压（称反向偏置）截止：将电源正极接N区，负极接P区，这种连接方式称为反向接法，见图3.8。反向接法时，外加电场与内部电场方向一致，空间电荷量增加，耗尽层变厚，因此，多子扩散运动难以进行，通过PN结的电流主要是漂移电流。反向接法时产生的电流称为反向电流。由于少数载流子是由本征激发所产生的，少子数值取决于温度，所以温度不变时，少子浓度不变，因而反向电流基本不随外加电压的变化而变化，故又称反向饱和电流，因为少子的数量少，所以反向饱和电流可认为近似为0，因此反向接法时，PN结呈现截止状态。反向饱和电流虽然数值小，但受温度的影响很大，使用时应注意。
3）PN结的电容效应
PN结的空间电荷层的一侧是正电荷，另一侧是负电荷，就好像一个带有电荷的电容器，也就随之出现了电容效应，称之为PN结的结电容，根据产生原因的不同分为势垒电容CB和扩散电容CD。
当外加在PN结的电压值改变时，必然将引起空间电荷区的宽度变化，这种变化与普通电容在外加电压作用下的充放电过程非常相似，空间电荷区宽窄变化等效的电容效应称为势垒电容。PN结反向偏置时以势垒电容为主。利用这种反向偏置的PN结的结电容特性可以制成变容二极管。
PN结的另一种结电容是由于多子在扩散过程中积累而引起的，将这种结电容称为扩散电容。当PN结正向偏置时，N区的多子扩散到P区，P区的多子扩散到N区，这些载流子除了一部分继续向前扩散形成正向电流外，还有部分分别在N区和P区储存，使得在结的边缘区浓度较大，在远离边缘区浓度较小。当外加正向电压增加时，就有更多的载流子积累起来，当外加正向电压减小时，积累的载流子数量就要减小。也就是说，在PN结正向偏置时，以扩散电容效应为主。
一般扩散电容容量较大，约为几十p F～0.01μF，而势垒电容量约为0.5～100 p F。PN结在低频线路中，可以不考虑结电容的影响，但在高频线路中，PN结的结电容则必须充分考虑。
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