半导体能带结构示意图：上方两条白色带为没有电子填充的带，下面三条灰色带为充满电子的带，其中最高一条灰色带为价带，它与最低一条白色带之间的空隙为能隙
空穴又称电洞（Electron hole），在固体物理学中指共价键上流失一个电子，最后在共价键上留下空位的现象
导带（英语：conduction band），又名传导带，是指半导体或是绝缘体材料中，一种电子所具有能量的范围。这个能量的范围高于价带（valence band），而所有在导带中的电子均可经由外在的电场加速而形成电流。
价带（英语：valence band）是指绝对零度中电子最高能量的区域，右图最上面的灰色长条区域即为价带。
价带电子被束缚在原子周围，而不像导体、半导体里导带的电子一样能够脱离原子晶格自由运动。在某种材料的电子能带结构图像中，价带位于导带的下方，在价带和导带的中间绝缘（绝缘体）或由能隙（或称“禁带”）间隔，而在金属中，价带和导带之间没有能隙。
s轨道 只有一个轨道，共包含两个电子
p轨道 有两个轨道，共包含四个电子
d轨道 有5个轨道，共包含10个电子
为了理解价带的概念，先考虑金属的原子结构是必要的。例如，锂原子的电子排布为1s22s1只能形成一个化学键。然而，当形成块体金属（bulk metal）时，锂原子通过从相邻锂原子获得一个电子达到共振，结果电子排布变为1s22s12p1 (e-)。共用这个电子的结果是，相邻的锂原子的失去一个电子，其电子排布变为1s2 (e+)，前者带一个负电荷，它具有形成两个共价键的能力，这样就可以形成块体金属。在金属内部，带有正电荷的锂原子保持在单独、未成键的状态，但是（从外部看）它能起抵消相邻锂原子负电荷的作用，这样就能形成锂的金属基体（matrix）。
在锂的三维金属结构中，其轨道从低能级轨道（例如1s，然后2p）依次排列。[1]共价键的形成是一个很快的过程，看起来就像是在此时间段中，2s轨道被电子完全填满，而2p轨道被部分填充，即2p轨道其他部分未填充电子。填满的2s和部分填充的2p轨道有一重叠的部分，称为交错带（overlapped zone）。
对于任何的金属元素，通过其原子形成金属，都必须经过这样的过程。具有最高能量且被完全填满的电子轨道就形成了价带（例如锂原子中的2s电子轨道），由于价带被电子充满，因而也称“满带”[2]；而没有电子的轨道则被称为导带（例如锂原子的2p电子轨道），也称“空带”
价带与导带重叠区域的大小与原子间距离rd，并且同轨道能级有关。如果rd较大，或轨道能级较大，则重叠区域小，甚至没有重叠、形成能隙Eg。金属的导电性取决于其价带和导带之间自由流动的电子。这样，大重叠区域的金属就具有很好的导电性，进而具有较好的金属性。如果价带和导带之间的能隙较小，则电子只有在受外部能量（以热量等形式）激发的情况下才有可能从价带流动到导带（比如半导体器件）。这些具有较小Eg的材料被称作是半导体。如果Eg足够大，则在通常状态下，电子从价带到导带的流动就小得可以忽略，这些材料被称作是绝缘体。[3]
半导体和绝缘体不良的导电性是由其价带的性质造成的。（如果价带填满，）电子总数目与从最低能态到价带顶的能态数相等，在能隙中没有可以占据的能态。这意味着，如果外加电场，电子能量无法增加，因为不存在比现有能态更高的能态可以占据。
然而，一些半导体具有微小的导电性，然而，这是由于其中的少数电子受到热激发（thermal excitation）的原因，一些电子获得了足够的能量，以至于能够越过能隙。我们把这种“热激发”，叫做“本征激发”。一旦它们来到导带中，它们就能够传导电流，同时价带中的空穴也能 够传导电流。空穴是指价带中没有电子占据的状态，因此可以将具有大量电子的价带中相对少数的没有电子的状态看作是具有正电荷的“空穴”
- 半导体的原理
材料中载流子（carrier）的数量对半导体的导电特性极为重要。这可以通过在半导体中有选择的加入其他“杂质”（IIIA、VA族元素）来控制。如果我们在纯硅中掺杂（doping）少许的砷或磷（最外层有5个电子），就会多出1个自由电子，这样就形成N型半导体；如果我们在纯硅中掺入少许的硼（最外层有3个电子），就反而少了1个电子，而形成一个空穴（hole），这样就形成P型半导体（少了1个带负电荷的原子，可视为多了1个正电荷）。
半导体和绝缘体之间的差异主要来自两者的能带宽度不同。绝缘体的能带比半导体宽，意即绝缘体价带中的载流子必须获得比在半导体中更高的能量才能跳过能带，进入导带中。室温下的半导体导电性有如绝缘体，只有极少数的载流子具有足够的能量进入导带。因此，对于一个在相同电场下的本征半导体和绝缘体会有类似的电特性，不过半导体的能带宽度小于绝缘体也意味着半导体的导电性更容易受到控制而改变。
纯质半导体的电气特性可以借由植入杂质的过程而永久改变，这个过程通常称为掺杂。依照掺杂所使用的杂质不同，掺杂后的半导体原子周围可能会多出一个电子或一个空穴，而让半导体材料的导电特性变得与原本不同。如果掺杂进入半导体的杂质浓度够高，半导体也可能会表现出如同金属导体般（类金属）的电性。在掺杂了不同极性杂质的半导体界面处会有一个内建电场（built-in electric field），内建电场和许多半导体元件的操作原理息息相关（例如太阳能电池电子与空穴对的搜集就是靠内建电场来作用），而参杂后的半导体有许多电性也会有相对应的变化
转载自原文链接, 如需删除请联系管理员。
原文链接：半导体器件基础，转载请注明来源！