自然界的基本構(gòu)造單元是原子，而原子又是由質(zhì)子，中子和電子組成的。

自然界的任何事物都是由96種穩(wěn)定元素和12種不穩(wěn)定元素組成的，包括我們?nèi)祟悺?/p>

每種元素有不同的原子結(jié)構(gòu)，因此有不同的物理，化學(xué)和電性能。

質(zhì)子帶正電，中子不帶電，電子不帶電。

質(zhì)子和中子集中在原子核中，電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)，且是在固定的軌道上。

電子在軌道上有一定的分布規(guī)則，即每個(gè)軌道(n)只能容納2nXn個(gè)電子。

也就是說(shuō)，1號(hào)軌道上最多只能容納2個(gè)電子；2號(hào)軌道上最多只能容納8個(gè)電子；3號(hào)軌道上最多只能容納18個(gè)電子......

最外層被填滿或者擁有8個(gè)電子的元素是穩(wěn)定的，這些原子在化學(xué)性質(zhì)上要比最外層未填滿的原子更穩(wěn)定。而原子會(huì)試圖與其他原子結(jié)合形成穩(wěn)定的條件，即各軌道被填滿或者最外層有8個(gè)電子。

最外層的電子稱為價(jià)電子。

比如，鈉原子最外層電子數(shù)為1，所以易失去電子，性質(zhì)很不穩(wěn)定；

氖最外層電子為電子數(shù)為8，所以性質(zhì)很穩(wěn)定，不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

而作為半導(dǎo)體材料的硅，最外層電子數(shù)為4。所以經(jīng)過(guò)合適的工藝，硅原子可以形成硅晶體。即每個(gè)硅原子周圍有4個(gè)硅原子，每個(gè)硅原子與其相鄰的硅原子共享最外層電子，形成共價(jià)鍵，使得每個(gè)硅原子看上去都有8個(gè)最外層電子。

當(dāng)溫度為絕對(duì)0度時(shí)，即T-->0K時(shí)，硅晶表現(xiàn)為絕緣體，因?yàn)樗械膬r(jià)電子都待在共價(jià)鍵內(nèi)。

即當(dāng)在絕對(duì)0度時(shí)，給硅晶施加電壓，是不會(huì)有電流產(chǎn)生的。

當(dāng)溫度升高時(shí)，電子獲得熱能，可能會(huì)從共價(jià)鍵內(nèi)掙脫出來(lái)，變?yōu)樽杂呻娮印?/p>

所有半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能處于導(dǎo)體和絕緣體之間，沒(méi)導(dǎo)體那么好，但是有能導(dǎo)那么一點(diǎn)點(diǎn)的電。

Si和Ge最外層都有4個(gè)電子，但是電子從共價(jià)鍵掙脫出來(lái)所需的能量不一樣，即Bandgap Energy不一樣，所有其自由電子的密度隨溫度的變化曲線不一樣，所有性能上也會(huì)有所差別。

當(dāng)一個(gè)價(jià)電子成為自由電子，其離開后的位置，即稱為空穴。

半導(dǎo)體中的載流子有兩種，分別為電子和空穴。

而電子的移動(dòng)速度要比空穴的移動(dòng)速高，也就是說(shuō)電子的遷移率要比空穴的遷移率高。

這是因?yàn)椋?dāng)自由電子形成后，它不需要與其他原子進(jìn)行交互，獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。而對(duì)于空穴而言，它是需要與其他原子進(jìn)行交互的，比如說(shuō)，空穴想從位置1移動(dòng)到位置3，它不是像電子一樣，直接就過(guò)去了，而是需要位置2的電子進(jìn)入位置1中的空穴，以在位置2形成空穴，然后位置3的電子跳入位置2的空穴，以在位置3形成空穴，也就是需要不斷重復(fù)release-trap-release的過(guò)程。

這也是為什么用PMOS和NMOS設(shè)計(jì)電路時(shí)，要想得到同樣的電流時(shí)，PMOS所需要的尺寸(W/L)要比NMOS來(lái)的大。

編輯：黃飛