原⼦是电中性的，原⼦核由质⼦和中⼦组成，质⼦带正电，中⼦不带电，电⼦带负电，原⼦核带有的正电荷等于核外电⼦的总负电荷。
其中最外层的电⼦称为价电⼦，价电⼦的个数如下表
其中以硅原⼦为例⼦，硅原⼦属于碳族，有四个价电⼦。
价电⼦同时亦决定该元素的电导性能。⼀般来说，原⼦的价电⼦数愈少，活性就愈⾼。
下⾯我们看⼀下离⼦：
原⼦的质⼦数和电⼦数相等，当原⼦失去⼀个电⼦的时候就变成正离⼦，当原⼦获取⼀个电⼦的时候就变成负离⼦。原⼦的质⼦数刚好和电⼦数相等，这是离⼦和原⼦的区别。
本征半导体：不含任何杂质的晶体结构，如下图，并且相邻的两个价电⼦形成供价键 杂质半导体
N型半导体（N为Negative的字头，由于电⼦带负电荷⽽得此名）：掺⼊少量杂质磷元素（或锑元素）的硅晶体（或锗晶体）中，由于半导体原⼦（如硅原⼦）被杂质原⼦取代，磷原⼦外层的五个外层电⼦的其中四个与周围的半导体原⼦形成共价键，多出的⼀个电⼦⼏乎不受束缚，较为容易地成为⾃由电⼦。于是，N型半导体就成为了含电⼦浓度较⾼的半导体，其导电性主要是因为⾃由电⼦导电。 [1]
粉末注射成型P型半导体（P为Positive的字头，由于空⽳带正电⽽得此名）：掺⼊少量杂质硼元素（或铟元素）的硅晶体（或锗晶体）中，由于半导体原⼦（如硅原⼦）被杂质原⼦取代，硼原⼦外层的三个外层电⼦与周围的半导体原⼦形成共价键的时候，会产⽣⼀个“空⽳”，这个空⽳可能吸引束缚电⼦来“填充”，使得硼原⼦成为带负电的离⼦。这样，这类半导体由于含有较⾼浓度的“空⽳”（“相当于”正电荷），成为能够导电的物质。saw1
四辊冷轧机半导体内的载流⼦运动有三种，载流⼦的扩散运动，载流⼦的热运动和载流⼦的漂移运动。（1）热运动：在没有任何电场作⽤时，⼀定温度下半导体中的⾃由电⼦和空⽳因热激发所产⽣的运动是杂乱⽆障的，好像空⽓中⽓体的分⼦热运动⼀样。由于是⽆规则的随机运动，合成后载流⼦不产⽣定向位移，从⽽也不会形成电流。（2）漂移运动：在半导体的两端外加⼀电场E，载流⼦将会在电场⼒的作⽤下产⽣定向运动。电⼦载流⼦逆电场⽅向运动，⽽空⽳载流⼦顺着电场⽅向运动。从⽽形成了电⼦电流和空⽳电流，它们的电流⽅向相同。所以，载流⼦在电场⼒作⽤下的定向运动称为漂移运动，⽽漂移运动产⽣的电流称漂移电流。（3）扩散运动：在半导体中，载流⼦会因浓度梯度产⽣扩散。如 在⼀块半导体中，⼀边是N型半导体，另⼀边是P型半导体，则N型半导体⼀边的电⼦浓度⾼，⽽P型半导体⼀边的电⼦浓度低。反之，空⽳载流⼦是P型半导体⼀边⾼，⽽N型半导体⼀边低。由于存在载流⼦浓度梯度⽽产⽣的载流⼦运动称为扩散运动。
采⽤不同的掺杂⼯艺，通过扩散作⽤，将P型半导体与N型半导体制作在同⼀块半导体（通常是硅或锗）基⽚上，在它们的交界⾯就形成空间电荷区称为PN结（英语：PN junction）。PN结具有单向导电性，是电⼦技术中许多器件所利⽤的特性，例如半导体⼆极管、三极管的物质基础。
⼆极管由⼀个PN结构成，三极管由两个PN结构成，三极管按两个PN结组合⽅式的不同，可分为PNP型跟NPN型两类。
PN结的形成
PN结是由⼀个N型掺杂区和⼀个P型掺杂区紧密接触所构成的，其接触界⾯称为冶⾦结界⾯。 [3]
在⼀块完整的硅⽚上，⽤不同的掺杂⼯艺使其⼀边形成N型半导体，另⼀边形成P型半导体，我们称两种半导体的交界⾯附近的区域为PN结。
在P型半导体和N型半导体结合后，由于N型区内⾃由电⼦为多⼦空⽳⼏乎为零称为少⼦，⽽P型区内空⽳为多⼦⾃由电⼦为少⼦，在它们的交界处就出现了电⼦和空⽳的浓度差。由于⾃由电⼦和空⽳浓
度差的原因，有⼀些电⼦从N型区向P型区扩散，也有⼀些空⽳要从P型区向N型区扩散。它们扩散的结果就使P区⼀边失去空⽳，留下了带负电的杂质离⼦，N区⼀边失去电⼦，留下了带正电的杂质离⼦。开路中半导体中的离⼦不能任意移动，因此不参与导电。这些不能移动的带电粒⼦在P和N区交界⾯附近，形成了⼀个空间电荷区，空间电荷区的薄厚和掺杂物浓度有关。
在空间电荷区形成后，由于正负电荷之间的相互作⽤，在空间电荷区形成了内电场，其⽅向是从带正电的N区指向带负电的P区。显然，这个电场的⽅向与载流⼦扩散运动的⽅向相反，阻⽌扩散。
另⼀⽅⾯，这个电场将使N区的少数载流⼦空⽳向P区漂移，使P区的少数载流⼦电⼦向N区漂移，漂移运动的⽅向正好与扩散运动的⽅向相反。从N区漂移到P区的空⽳补充了原来交界⾯上P区所失去的空⽳，从P区漂移到N区的电⼦补充了原来交界⾯上N区所失去的电⼦，这就使空间电荷减少，内电场减弱。因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，扩散运动加强。
最后，多⼦的扩散和少⼦的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合⾯两侧，留下离⼦薄层，这个离⼦薄层形成的空间电荷区称为PN 结。PN结的内电场⽅向由N区指向P区。在空间电荷区，由于缺少多⼦，所以也称耗尽层。
特性概述
酸洗工艺
从PN结的形成原理可以看出，要想让PN结导通形成电流，必须消除其空间电荷区的内部电场的阻⼒。很显然，给它加⼀个反⽅向的更⼤的电场，即P区接外加电源的正极，N区结负极，就可以抵消其内部⾃建电场，使载流⼦可以继续运动，从⽽形成线性的正向电流。⽽外加反向电压则相当于内建电场的阻⼒更⼤，PN结不能导通，仅有极微弱的反向电流（由少数载流⼦的漂移运动形成，因少⼦数量有限，电流饱和）。当反向电压增⼤⾄某⼀数值时，因少⼦的数量和能量都增⼤，会碰撞破坏内部的共价键，使原来被束缚的电⼦和空⽳被释放出来，不断增⼤电流，最终PN结将被击穿（变为导体）损坏，反向电流急剧增⼤。
这就是PN结的特性（单向导通、反向饱和漏电或击穿导体），也是晶体管和集成电路最基础、最重要的物理原理，所有以晶体管为基础的复杂电路的分析都离不开它。⽐如⼆极管就是基于PN结的单向导通原理⼯作的；⽽⼀个PNP结构则可以形成⼀个三极管，⾥⾯包含了两个PN结。⼆极管和三极管都是电⼦电路⾥⾯最基本的元件。
单向导电性
（1）PN结加正向电压时导通
如果电源的正极接P区，负极接N区，外加的正向电压有⼀部分降落在PN结区，PN结处于正向偏置。电流便从P型⼀边流向N型⼀边，空⽳和电⼦都向界⾯运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过，⽅向与PN结内电场⽅向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多⼦扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加⼤。扩散电流远⼤于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。
刮棒（2）PN结加反向电压时截⽌
如果电源的正极接N区，负极接P区，外加的反向电压有⼀部分降落在PN结区，PN结处于反向偏置。则空⽳和电⼦都向远离界⾯的⽅向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过，⽅向与PN结内电场⽅向相同，加强了内电场。内电场对多⼦扩散运动的阻碍增强，扩散电流⼤⼤减⼩。此时PN 结区的少⼦在内电场作⽤下形成的漂移电流⼤于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现⾼阻性。
（3）停⽌电压
电⼦会沿着过渡层之间的汇合处从N型半导体流向P型半导体，恢复成最初始的空间电荷区耗尽层状态。
反向击穿性
PN结加反向电压时，空间电荷区变宽，区中电场增强。反向电压增⼤到⼀定程度时，反向电流将突然增⼤。如果外电路不能限制电流，则电流会⼤到将PN结烧毁。反向电流突然增⼤时的电压称击穿电压。基本的击穿机构有两种，即隧道击穿（也叫齐纳击穿）和雪崩击穿，前者击穿电压⼩于6V，有负的温度系数，后者击穿电压⼤于6V，有正的温度系数。
疑问：
电⼦在半导体内流通会消失吗？
答：不会。 由于电路是闭合电路，电⼦在闭合电路⾥⾯流动，不会多也不会少，并且当电源关闭以后，也就是没有电压的情况下，电⼦会沿着过渡层之间的汇合处从N型半导体流向P型半导体，恢复形成最初始的空间电荷区耗尽层状态。
空⽳不是正电⼦，电⼦与正电⼦相遇湮灭时，所发出来的光⼦是⾮常⾼能的(即所谓的猝灭现象)。那是两粒⼦的质量所完全转化出来的电磁波能（通常会转出⼀对光⼦）。⽽电⼦掉⼊空⽳所发出来的光⼦，其能量通常只有⼏个电⼦伏特。
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所有逻辑门电路都是由晶体管构成，每个晶体管由三个结（npn）组成。⼀个为源极s，⼀个为漏极D。⼀个为栅极G。其原理如下图。
逻辑门是在集成电路上的基本组件。简单的逻辑门可由晶体管组成。这些晶体管的组合可以使代表两种信号的⾼低电平在通过它们之后产⽣⾼电平或者低电平的信号。⾼、低电平可以分别代表逻辑上的“真”与“假”或⼆进制当中的1和0，从⽽实现逻辑运算。常见的逻辑门包
括“与”闸，“或”闸，“⾮”闸，“异或”闸（也称：互斥或）等等。
与门（英语：AND gate）是数字逻辑中实现逻辑与的逻辑门，功能见右侧真值表。仅当输⼊均为⾼电压（1）时，输出才温度监控系统
为⾼电压（1）；若输⼊中⾄多有⼀个⾼电压时，则输出为低电压。两个输⼊ ⼀个输出。
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