自然界中存在着气体、液体或固体，而固体，按其原子排列来说，可以分成品体与非品体两类：按导电能力，则可分成导体、绝缘体和介于二者之间的半导体三种。

      通常，把电阻率在10¯6 ~10¯³Ωcm范围内的物质称为导体（如银、铜、铝、铁等金属）；电阻率在10Ωcm以上的物质称为绝缘体（如塑料、陶瓷、橡皮、石英玻璃等）；电阻率介于导体和绝缘体之间的物质则称为半导体。正是这种半导体，具有重要的特殊的性能，因而才得到广泛的应用。其特性是：

     （1）半导体的电阻温度系数一般是负的，它对温度的变化非常敏感，根据这一特性，制作了许多半导体热探测元件。

     （2）半导体的导电性能可受极微量杂质的影响而发生十分显著的变化，如纯硅在室温下的电导率为5x10°Ωcm，当掺入硅原子数的百万分之一的杂质时，其纯度虽仍高达99.9999％，但电导率却上升至2Ωcm'.，几乎增加了100万倍！此外，随着所掺入的杂质的种类不同，可以得到相反导电类型的半导体。如在硅中掺入硼，可得到P型半导体；步入锑可得到N型半导体等。

     （3）半导体的导电能力及性质会受热、光、电、磁等外界作用的影响而发生非常重要的变化，例如，沉积在绝缘基板上的硫化镉层不受光照时的阻抗可高达几十甚至几百MΩ，但一旦受到光照，电阻就会下降到几十kΩ，甚至更小。

        常见的半导体材料有硅、锗、硒等元素半导体，砷化镓（GaAs）、铝砷化镓（GaiAl.As）、锑化钢（InSb），硫化锅（CdS）和硫化铅（PbS）等化合物半导体，还有如氧化亚铜的氧化物半导体，如砷化镓-磷化镓固熔体半导体，以及有机半导体、玻璃半导体、稀土半导体等。利用半导体的特殊性质，可制成光敏器件、热敏器件、场效应器件、体效应器件、霍耳器件、红外接收器件、电荷耦合器件等，以及各种二极管、三极管、集成电路等。

       为了解释固体材料的不同导电特性，人们从电子能级的概念出发引入了能带理论，它是半导体物理的理论基础，应用能带理论可以解释发生在半导体中的各种物理现象和各种半导体器件的工作原理。

       大家知道，原子是由一个带正电的原子核与一些带负电的电子所组成。这些电子环绕着原子核在各自的轨道上不停地运动着。根据量子论。电子运动有下面三个重要特点。

     （1）电子绕核运动，具有完全确定的能量，这种稳定的运动状态称为量子态。每一量子态所取的确定能量称为能级。图1-5是硅原子中电子绕核运动的轨道及与其相应的能级示意图。最里层的量子态，电子距原子核最近，受原子核束缚最强。能量最低。越外层的量子态，电子受原子核束缚越弱，能量越高。电子可以吸收能量从低能级跃迁到高能级上去。电子也可在一定条件下放出能量重新落回到低能级上来，但不可能有介于各能级之间的量子态存在。

图1-5    硅原子中电子烧核运动轨道及其相应能级示意图

      （2）由于微观粒子具有粒子与波动的两重性，因此严格说原子中的电子没有完全确定的轨道，这里的“轨道”所代表的是电子出现概率最大的一部分区域。

      （3）在一个原子或原子组成的系统中，不能有两个电子同属于一个量子态，即在每一个能级中，最多只能容纳两个自旋方向相反的电子，这就是泡利不相容原理。此外，电子首先填满最低能级，而后依次向上填，直到所有电子填完为止。 2．晶体中电子的能带

      物质是由原子组成的，原子以一定的周期重复排列所构成的物体称为品体。当原子结合成品体时，因为原子之间的距离很近，不同原子之间的电子轨道（量子态）将发生不同程度的重叠。当然，品体中两个相邻原子的最外层电子的轨道重叠最多，这些轨道的重叠，使电子可以从一个原子转移到另一个原子上去。结果，原来隶属于某一原子的电子，不再是此原子私有的了，而是可以在整个晶体中运动，成为整个晶体所共有，这种现象称为电子的共有化。越外层电子的重叠程度越大，且原子核对它的束缚越小，因此，只有最外层电子的共有化特征才是显著的。