众所周知，半导体应该介于导体与绝缘体之间，那么它的原子结构是什么样的呢？观察元素周期表可知，在导体和绝缘体分界线附近的元素，就是制作半导体的重要材料。
硅元素当然是最有代表性的元素，它的原子结构图最外层有四个电子，故要达到平衡状态，就要拉拢或者舍弃四个电子，而硅原子在排列时巧妙地共享了上下左右四个电子，手拉着手组成了稳定的8电子结构，即共价键。那么，硅的导电性又从何而来呢？
当温度大于绝对零度时，处于价带的电子就可能发生跃迁，变成自由电子，同时，原来的位置就会形成一个空穴，即硅晶体内同时存在等量的自由电子和空穴。它们都可以起到导电作用。这就是纯净半导体，也是本征半导体。它结构虽然完美，但想要增加半导体的导电能力，还要参杂其他元素。
当我们把硅原子替换成5价磷原子时，就可以提高自由电子的浓度，得到N型半导体。同理，用最外层只有三个电子的硼原子替换硅原子，提高空穴的浓度，就可以得到P型半导体。那么把这两种类型的半导体连接在一起会发生什么呢？N区的电子迫切的想扩散到P区，P区的空穴拼命想到N区去,这时就会形成一个由N区指向P区的"内电场"，组织扩散进行。在两者达到动态平衡后，就会在交界面形成一个空间电荷区，这就是PN结。
PN结具有单向导电性，常见的二极管就是利用这种特性制成的，而利用太阳光照射PN结，就会激发产生电子空穴对，经过界面层的电荷分离，就会形成一个由P指向N的光生电场，这就是光生伏特效应，也是太阳能电池的基本原理。
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