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      自然界中存在著氣體、液體或固體，而固體，按其原子排列來說，可以分成品體與非品體兩類：按導電能力，則可分成導體、絕緣體和介于二者之間的半導體三種。

      通常，把電阻率在10¯6 ~10¯³Ωcm范圍內(nèi)的物質(zhì)稱為導體（如銀、銅、鋁、鐵等金屬）；電阻率在10Ωcm以上的物質(zhì)稱為絕緣體（如塑料、陶瓷、橡皮、石英玻璃等）；電阻率介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)則稱為半導體。正是這種半導體，具有重要的特殊的性能，因而才得到廣泛的應用。其特性是：

     （1）半導體的電阻溫度系數(shù)一般是負的，它對溫度的變化非常敏感，根據(jù)這一特性，制作了許多半導體熱探測元件。

     （2）半導體的導電性能可受極微量雜質(zhì)的影響而發(fā)生十分顯著的變化，如純硅在室溫下的電導率為5x10°Ωcm，當摻入硅原子數(shù)的百萬分之一的雜質(zhì)時，其純度雖仍高達99.9999％，但電導率卻上升至2Ωcm'.，幾乎增加了100萬倍！此外，隨著所摻入的雜質(zhì)的種類不同，可以得到相反導電類型的半導體。如在硅中摻入硼，可得到P型半導體；步入銻可得到N型半導體等。

     （3）半導體的導電能力及性質(zhì)會受熱、光、電、磁等外界作用的影響而發(fā)生非常重要的變化，例如，沉積在絕緣基板上的硫化鎘層不受光照時的阻抗可高達幾十甚至幾百MΩ，但一旦受到光照，電阻就會下降到幾十kΩ，甚至更小。

        常見的半導體材料有硅、鍺、硒等元素半導體，砷化鎵（GaAs）、鋁砷化鎵（GaiAl.As）、銻化鋼（InSb），硫化鍋（CdS）和硫化鉛（PbS）等化合物半導體，還有如氧化亞銅的氧化物半導體，如砷化鎵-磷化鎵固熔體半導體，以及有機半導體、玻璃半導體、稀土半導體等。利用半導體的特殊性質(zhì)，可制成光敏器件、熱敏器件、場效應器件、體效應器件、霍耳器件、紅外接收器件、電荷耦合器件等，以及各種二極管、三極管、集成電路等。

       為了解釋固體材料的不同導電特性，人們從電子能級的概念出發(fā)引入了能帶理論，它是半導體物理的理論基礎(chǔ)，應用能帶理論可以解釋發(fā)生在半導體中的各種物理現(xiàn)象和各種半導體器件的工作原理。

       大家知道，原子是由一個帶正電的原子核與一些帶負電的電子所組成。這些電子環(huán)繞著原子核在各自的軌道上不停地運動著。根據(jù)量子論。電子運動有下面三個重要特點。

     （1）電子繞核運動，具有完全確定的能量，這種穩(wěn)定的運動狀態(tài)稱為量子態(tài)。每一量子態(tài)所取的確定能量稱為能級。圖1-5是硅原子中電子繞核運動的軌道及與其相應的能級示意圖。最里層的量子態(tài)，電子距原子核最近，受原子核束縛最強。能量最低。越外層的量子態(tài)，電子受原子核束縛越弱，能量越高。電子可以吸收能量從低能級躍遷到高能級上去。電子也可在一定條件下放出能量重新落回到低能級上來，但不可能有介于各能級之間的量子態(tài)存在。

圖1-5    硅原子中電子燒核運動軌道及其相應能級示意圖

      （2）由于微觀粒子具有粒子與波動的兩重性，因此嚴格說原子中的電子沒有完全確定的軌道，這里的“軌道”所代表的是電子出現(xiàn)概率最大的一部分區(qū)域。

      （3）在一個原子或原子組成的系統(tǒng)中，不能有兩個電子同屬于一個量子態(tài)，即在每一個能級中，最多只能容納兩個自旋方向相反的電子，這就是泡利不相容原理。此外，電子首先填滿最低能級，而后依次向上填，直到所有電子填完為止。 2．晶體中電子的能帶

      物質(zhì)是由原子組成的，原子以一定的周期重復排列所構(gòu)成的物體稱為品體。當原子結(jié)合成品體時，因為原子之間的距離很近，不同原子之間的電子軌道（量子態(tài)）將發(fā)生不同程度的重疊。當然，品體中兩個相鄰原子的最外層電子的軌道重疊最多，這些軌道的重疊，使電子可以從一個原子轉(zhuǎn)移到另一個原子上去。結(jié)果，原來隸屬于某一原子的電子，不再是此原子私有的了，而是可以在整個晶體中運動，成為整個晶體所共有，這種現(xiàn)象稱為電子的共有化。越外層電子的重疊程度越大，且原子核對它的束縛越小，因此，只有最外層電子的共有化特征才是顯著的。