考虑到这三个细节 ， 可能有些读者就猜到了 ， 自热界存在着两种截然不同的材料：一种禁带很窄 ， 或者干脆没有禁带 ， 在室温下它的价带外层电子可以轻易跃迁到导带上 ， 这就是导体 。 相反如果材料的禁带很宽 ， 一般大于三电子伏特（3eV） ， 在室温下电子老老实实地待在价带上 ， 那它就不能导电 ， 这就是绝缘体 。
△不同固体的能带结构 (图片来源：维基百科)
“善变”的半导体
那有没有价带和导带之间的能隙小于3eV的材料呢？有 ， 那就是半导体,通常意义上就是指导电能力介于导体和绝缘体之间的物质 。
但半导体的价值并不是表现在它的导电能力上 ， 而是它“左右横跳”的导电性 。 半导体的导电性能很容易受到外界因素的影响而改变 ， 后面我们就会看到光伏效应如何改变半导体的导电性 。 接下来我们将以硅原子为例 ， 一起探索半导体内部的奥秘 。
1、本征半导体的结构
像纯硅、纯锗这类不加任何杂质的半导体 ， 我们称之为本征半导体 。 来看看硅原子 ， 它有14个电子 ， 电子排布是2-8-4 ， 最外层有4个电子 。 元素的性质主要是由最外层电子决定的 ， 那硅的最外层电子就有这样的趋势：要么再找四个电子凑四对 ， 要么把四个电子都扔了 。
△硅原子（图片来源：作者自制）
在硅晶体中 ， 每个硅原子的上下左右都相邻一个硅原子 ， 正好硅最外层有四个电子 ， 它就会和相邻的硅原子共用这些电子 ， 这样每个硅原子最外层就凑齐了8个电子 。 完美！
△硅晶体共价键（图片来源：作者自制）
2、杂质半导体的结构
如果我们给本征半导体掺杂一些杂质 ， 情况会有什么不同呢？比如把其中一个硅原子换成磷原子 ， 磷原子有15个电子 ， 排布是2-8-5 ， 最外层有5个电子 ， 和相邻的硅原子凑齐8个电子之后 ， 还多出来一个电子 。 这样每掺一个磷原子 ， 就会有一个无处安放的电子 ， 掺多了就会形成一支“单身电子大军” 。 我们称这样的半导体为N型半导体 ， N（Negative）表示电子带负电 。
△N型半导体（图片来源：作者自制）
相反 ， 我们如果掺入硼原子 ， 它有5个电子 ， 最外层有3个 。 硼原子和周围的硅原子凑 ， 也只能凑出7个电子 。 这7个电子还差一个电子形成稳定结构 ， 因此这里产生了一个“空穴” 。 我们称之为P型半导体 ， P（Positive）表示空穴可以等效成带正电的微粒 。
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