第一節 半導體的物理基礎
半導體器件理論是近代電子學的組成部分，由於半導體器件具有體積小、重量輕、使用壽命長、輸入功率小、功率轉換效率高等優點而得到廣泛的應用。特別是集成電路的出現，使電子裝S在微型化和可靠性方麵向前推進了一大步。在研究半導體器件的特性與電路之前，我們先對半導體的物理基礎作簡要的介紹。
一、導體、絕緣體和半導體
根據物質的導電性能，可將物質分為導體、絕緣體和半導體三大類。
導體一一容易導電的金、銀、銅、鐵、鋁等金屬均為導體。金屬原子的最外層電子受原子核的束縛力很小，在室溫下，大量的最外層電子能夠掙脫原子核的束縛成為_由電子。這些自由電子在外電場的作用下作定向運動，從而形成電流。這種作定向運動而形成電流的微小粒子，稱為載流子。由於金屬中電子載流子很多，所以金屬的導電性能良好。
絕緣體——如雲母、陶瓷、塑料等都是絕緣體。在絕緣材料中，原子最外層電子受原子核的束縛力很大，很難成為自由電子。因此，其載流子極少，幾乎不導電。
半導體——如鍺、矽等都是半導體。在半導體材料中原子最外層電子受原子核的束縛力，既不像導體那樣弱，也不像絕緣體那樣強，這就決定了它的導電性能介於導體和絕緣體之間。
二、半導體的共價鍵結構
在近代電子學中，用得最多的半導體是鍺和矽，它們的原子結構。
原子的最外層電子受原子核的束縛力最小，稱為價電子。鍺和矽的最外層電子都是四個，所以鍺和矽都是四價元素。半導體的導電性能主要與價電子有關。因此，價電子是我們粟研究的主要對象。一般畫圖時，隻用簡化校型。矽和鍺原子的特點都是在一個慣性核周圍環繞著四個價電子，也就是矽和鍺的原子結構簡化模型完全相同。
為了搞淸半導體的獨特導電性能，還要進一步了解矽、鍺半導體晶體中的原子排列情況。應當指出，用於製作半導體管的矽、鍺材料，都必須是經過加工提煉成的純淨的單品半導體。在單品半導體中，其原子排列已由雜亂無章的狀態變成了非常整齊規則的狀態。是矽或鍺單晶體的結構平麵示意圖，本來應該畫成立體結構，為了便於觀察畫成了平麵結構。
矽或鍺原子組成晶體後，每一個原子與相鄰的四個原子相結合。每一原子的一個價電子與另一原子的一個價電子組成一個電子對。這對價電子是每兩個相鄰原子所共有的，它們把相鄰的原子結合在一起，構成所謂共價鍵的結構。根據原子理論：當原子的最外電子層占握有8個電子時，原子就處於比較穩定的狀態。所以，矽或鍺原子組成單晶體時，各個原子都要分別和相鄰的四個原子組成四個共價鍵，滿足了最外電子層為8個電子的條件，形成了單晶體穩定狀態。