导语--在本系列的第一篇文章我们从自下而上的角度简单介绍了半导体材料的物理原理，而后在第二篇文章里我们自上而下拆解出了半导体芯片的基础器件即二极管和晶体管。那么二极管、晶体管这些基础器件又是如何与半导体的物理原理联系起来呢？本篇文章，我们将简要介绍这两个部分是如何会师的，即半导体基础器件是如何与半导体物理原理联系起来的。

第一篇文章我们从能带的角度一般地理解了半导体为什么被称为“半导”的固体，从半导体晶体的实际结构我们也能直观的理解。这里以半导体晶体最基础的材料硅为例，我们知道硅在元素周期表里是IV族元素，硅原子最外层轨道有四个电子。硅晶体则是很多个硅原子排列在一起形成的，我们在化学中知道，原子通过共价键的连接构成分子，一个原子周围八个电子是稳定的分子结构，在硅晶体中，其形态也是遵循这一规律，如下图所示硅晶体里，两个电子结合形成更为稳定的共价键，当然共价键并非牢不可破，在绝对零度以上，总会有少数电子摆脱束缚在晶格里游荡，这也形成了半导体的“半导”特性：

纯净的半导体被称为本征半导体，实际应用中，半导体更重要的一面是可以通过掺杂改变性质。如果硅晶体中掺入III族元素硼，由于硼最外层只有三个电子，所以在共价键中会有一个缺失，即形成空穴，如下图所示：

同样由于热力学运动，绝对零度以上某些共价键的电子挣脱束缚填补这些空穴，这就造成了好像这些空穴在移动。因此在这种掺杂下的半导体宏观上内部会有很多可导电的空穴，由于空穴表现为正电荷，英文称之为“Positive Holes”，这种半导体也被称为P型半导体。如下图所示：

类似地，如果在硅晶体中掺入V族元素磷，共价键上就会多出一个电子，这个电子可以在半导体内自由移动，形成导电的电子。因此在这种掺杂下的半导体宏观上内部会有很多可导电的电子，即英文中的“Negative Electrons”，这种半导体也被称为N型半导体。如下图所示：