1.1半導體的物理基礎
一、常用的半導體材料
物體按其導電性可分為三類：導體、絕緣體和半導體。所謂半導體就是導電能力介於導體與絕緣體之間的一些物體，如矽、鍺、硫化鎘等。物體的導電性是由物體內可以自由移動的帶電粒子的多少所決定的，這種能在物體內自由移動的帶電粒子稱為載流子。物體內部載流子的濃度越大，物體的導電能力越強。像金、銀、銅、鋁等金屬導體，其內部含有大量帶負電的載流子——自由電子，所以它們具有良好的導電本領；而橡膠、塑料、雲母、陶瓷等這樣的絕緣體，其內部幾乎沒有載流子，所以它們沒有導電本領，即使外加很高電壓，基本上仍無電流通過。
常用的半導體材料矽和鍺的原子結構，它們每個原子的最外層均有四個價電子，而原子最外層電子數為八個時為穩定結構。因此，它們的每個原子都與周圍四個原子共用一對價電子，把相鄰的原子結合在一起，構成所謂共價鍵結構。純度很高、晶格結構完整的半導體稱為本征半導體。本征半導體在溫度為絕對零度（零下273攝氏度）時，共價鍵上的價電子不能掙脫原子核的束縛，內部沒有載流子，此時本征半導體就相當於絕緣體。但是，在常溫下由於熱能的作用，使一些價電子可以獲得足夠能量掙脫原子核的束縛成為自由電子。這樣，在原來的共價鍵位置上就留下空位，這個空位我們稱為空穴。可見在本征半導體中自由電子和空穴是成對產生的，我們稱為電子一空穴對，產生電子一空穴對的過程稱為熱激發。
自由電子在不斷地作無規則熱運動時也會充填某些空穴，使電子一空穴對消失，這種過程稱為複合。在一定溫度下，電子一空穴對的產生與複合達到動態平衡，半導體中的載流子數目維持一定。顯然，環境溫度越高，熱激發越強烈，內部載流子數目越多。因此，溫度對半導體的導電性能有影響，這是半導體器件工作不穩定的一個重要因素。
在半導體中有兩種載流子：自由電子和空穴。空穴導電的實質是由相鄰原子中價電子遞補充填空穴而形成的，價電子充填空穴的運動相當於空穴的反向運動。由於自由電子呈負電性，所以空穴因失去電子而呈正電性，整塊半導體對外呈中性。
二、N型半導體和P型半導體
在常溫下，本征半専體中的載流子數目與金屬導體相比仍然很少，所以本征半導體的導電能力很弱。但是，如果在本征半導體中摻人微量有用的其它元素（稱為雜質），就會使其導電能力大大提高。根據摻人雜質的不同，可產生有實用價值的N型和P型兩類半導體。
1.N型半導體
在本征半導體矽中摻人微量的五價元素磷，這時磷原子自然就要取代某些矽原子與相鄰的矽原子構成共價鍵結構。由於磷原子最外層有五個價電子，所以有一個磷原子就多餘一個價電子，這些多餘的價電子不受共價鍵的束縛，在常溫下很容易成為自由電子。自由電子的數量由摻人的磷原子數決定。另外，這種摻雜半導體在常溫下還有熱激發會產生電子一空穴對，它們的數量比磷原子提供的自由電子數目少得多。因此，就整塊半導體而言，自由電子是多數載流子，空穴是少數載流子。由於這種半導體主要靠自由電子導電，所以稱為電子型半導體，也叫Ｎ型半導體。
由於磷原子失掉了一個最外層電子，磷原子就成了帶一個電子電量的正離子（稱施主離子）正離子不能參與導電。摻入的五價元素稱為施主雜質。Ｎ型半導體結構的簡化。