人类发现物体的带电现象是很早以前的事了，远在公元前七世纪，古希腊哲学家就描述过用毛皮擦过的琥珀可以吸引小纸片、毛发等轻的东西。我国古书中也有琥珀拾芥的记载。但认识到物体可以按其导电特性分成导体与绝缘体，则是经过了漫长的实践积累，已是十八世纪的事了。大家知道，在自然界中有许多可以传导电流的物质，如金、银、铜、铁、铝等，人们称之为导体；还有许多很不容易传导电流的物质，如玻璃、橡皮、塑料、陶瓷等，人们称之为绝缘体。
导体与绝缘体既以导电能力大小来区分，那么导电能力又怎样来表示呢？通常用电阻率来表示。电阻率是指长1厘米、截面1平方厘米的物质在一定温度下测得的电阻值，如图1所示，单位是欧姆·厘米（Ω·cm）。金属导体的电阻率很小，约10\(^{-}\)6～10-3欧姆·厘米，而绝缘体的电阻率很大，约10\(^{6}\)～1018欧姆·厘米。
在自然界中，还有大量的物质，其电阻率介于导体与绝缘体之间，在10\(^{-}\)3～106欧姆·厘米范围内，因而它们的导电能力不如金属导体，但比绝缘体却强多了。例如锗、硅及一些金属氧化物、金属硫化物等等。这一类物质叫做半导体。表1所列为常见半导体材料及其应用实例。
半导体的导电特性
人们对半导体发生极大兴趣还是近三、四十年的事，其原因并不在于它的导电能力居于导体与绝缘体之间，而是它本身具有一些独特的性能，使它可做成各种专用电子器件。
半导体的一个特性是它的电阻值与温度关系极大。只要温度稍微升高，其电阻值就显著减小；温度降低，电阻值就增大。利用半导体这一温度特性，就可将它做成热敏元件如热敏电阻等。
半导体的又一个特性是它在受到光照时电阻值亦显著减小，反之即大。利用这一特性，又可将它做成自动控制用的光电器件，如光电二极管、光敏电阻等。
半导体最重要的特性是在纯净的半导体中掺入极微量的杂质（约百万分之一），其导电能力就会成百万倍提高。这就使人们有可能利用这一特性制造各种不同性质、不同用途的半导体器件，如各种各样的晶体管。
图2曲线中，横座标表示温度、光照或掺杂的强度，纵座标表示半导体电阻值。上述半导体的特性，反映在图2所示曲线上，表现为：半导体的电阻值，随温度上升或光照变强或掺杂增多而显著下降。
导体、半导体和绝缘体的导电特性有很大差别的根本原因，在于其原子结构不同。我们知道，原子结构很象太阳系，如图3所示（实际上是一个立体型的如图3a，通常画成平面型的如图3b），中间有个带正电的核心，叫原子核，周围有带负电的电子，按各自的轨道绕原子核旋转。原子结构中的电子都是一层层分布的，形成电子壳层。各壳层的电子数是一定的，最靠近核心的第一壳层最多只能有2个电子，第二层最多只能有8个电子，第三层最多只能有18个电子，第四层最多只能有32个电子……。显然最外层电子距核心最远，所以受原子核的束缚力最小，一旦获得外加能量，很容易越出轨道、脱离这个原子。这最外层电子亦叫价电子，有几个价电子就叫几价元素。如图3所示硼原子结构，它共有5个电子，按原子结构规律第一层只能有2个电子，因此外层有3个电子，即为三价元素。又如硅原子有14个电子，按上述原子结构规律，其电子按2、8、4个分层（图4b），就是说它的外层电子只有4个，因而硅是四价元素。锗原子有32个电子，按2、8、18、4个分层（图4a），它的外层电子也是4个，所以锗也是四价元素。但硅和锗原子只有在每个原子的外层电子满8个时才处于稳定状态，现在硅和锗的外层电子却只有4个，为了凑足8个，4个价电子都各自分别与4个邻近的原子共用，构成如图5所示的共价键结构，这些价电子围绕相应的两个原子核旋转，这样，每个原子的外层电子都互相凑足了8个。这种共价键中的电子虽处于束缚状态，但这种束缚力并不很大，在一定温度下，由于热运动，有少数电子有可能挣脱束缚而成为自由电子，形成电子载流子。共价键中的电子挣脱束缚成为自由电子的同时留下了一个空位，这个空位又会把邻近原子中的价电子吸引过来填补这个空位，同时在邻近的原子中又出现了一个空位。这种依次递补空位的现象，好象带正电的空位（或叫空穴）在移动，这就形成了空穴载流子。由此可见，半导体中传导电流的载流子有自由电子和空穴两种，而金属导体中却只有自由电子一种载流子。
半导体虽有两种载流子，但由于它的价电子受原子核束缚力较金属导体的要大得多，因而其载流子总数不多，导电性能并不好。这种纯净的半导体叫做本征半导体，实际用处不大。
P型半导体和N型半导体
前面已经讲过，在半导体里掺入杂质，会使导电性能大有改善。例如在半导体硅中掺入少量的硼、铝、镓或铟等三价元素，由于这些元素的外层电子只有三个，所以和硅原子组成共价键时，就自然形成一个空穴。掺入的每一个硼原子都可以提供一个空穴，从而使半导体硅中的空穴载流子大大增加，导电性能大大改善。这种掺入三价元素的半导体主要是靠空穴导电的，所以叫空穴型半导体，简称P型半导体。如果在半导体硅中掺入五价元素磷、砷、锑等，其外层的五个价电子与硅原子的四个价电子组成共价键时，就会多出一个价电子。这个多出来的电子只受到磷（或砷、锑）原子核的吸引，不受共价键束缚，因此它受到的束缚力很小，很容易成为自由电子，所以这种掺入五价元素的半导体，主要靠自由电子导电，叫电子型半导体，简称N型半导体。
P型半导体和N型半导体是两种最基本的半导体材料，它们是各种半导体器件的基本组成部分。在P型半导体中，掺入的三价元素（如硼等），其作用是接受电子，故称它为受主杂质；而在N型半导体中，掺入的五价元素（如磷等），可以施放电子，故称它为施主杂质。实际上在半导体中往往是既掺入受主杂质，又掺入施主杂质的，这时半导体的导电特性就取决于两者掺入浓度的大小。若受主杂质的浓度大，半导体就呈P型；若施主杂质的浓度大，则呈N型。人们正是利用这种掺杂的办法，在N型半导体中掺入一定数量的受主杂质，另外形成一层P型半导体；或在P型半导体中掺入一定数量的施主杂质，另外形成一层N型半导体，这就在P型与 N型交界面构成所谓“P-N结”P-N结具有单向导电特性，是晶体二极管的最基本结构，也是其它各种晶体管的基本组成部分。（金国钧 译编）