上一章中提到了，当有了一定的温度后，电子获得了能够越过禁带的能量后，部分电子会发生跃迁，使得半导体拥有了一定的导电性。但是，这种情况下跃迁的电子只是其中的很小一部分。因此，半导体并不具有很好的导电性。但是，半导体的优势是可以通过掺杂等来改变它的特性，从而满足各种各样的需求。但是，由于实际制作过程中，不存在完美的半导体，都会不可避免的产生杂质和缺陷。

有了杂质和缺陷后，原先严格按照周期性排列的原子所产生的周期性势场被破坏，反映在能量空间上，即在禁带中引入了能级。当禁带中存在能级后，即禁带中存在电子允许的能量状态 ，一个很直观的现象是，电子从价带跃迁到导带可以借助这个能级当踏板，让自己更容易跃迁上去，起到了一个台阶的作用。因此，禁带中的能级会对半导体性质产生决定性的作用。

从晶格的角度看，杂质原子存在的方式有两种，一种是取代原先的Si原子，成为替位式杂质，还有一种是存在于晶格的间隙中，成为间隙式杂质。间隙式原子一般都会比较小，比如离子锂，所以离子锂在硅等中是间隙式杂质。对于替位式杂质，往往需要杂质原子与被取代的原子大小相近。这从直观感觉上很容易理解。

N型半导体

N型半导体主要依靠导带中的电子导电，因此需要掺入外围电子数目更多的杂质，比如V族杂质。V族杂质进入硅晶格后，其中的四个电子与周围的Si原子形成共价键，还留下了一个电子。电离后，多余的那个电子形成自由电子，同时留下了一个带正电的离子，即形成了一个正电中心，它是不能移动的。由于V族原子提供了导电电子并形成了正电中心，称其为施主杂质或N型杂质。

在对于掺杂半导体分析时，要始终牢记，其不仅仅提供了载流子，还留下了一个不能移动的正电或负电中心，因此是电中性的。这在之后的器件中是很重要的，因为在工艺中，掺杂往往会先掺入一个n型杂质，再掺入p型杂质，此时，载流子经过复合，其浓度是p型杂质的浓度减去n型杂质的浓度，而带电中心并没有发生复合，达到抵消的效果，此时带电中心的浓度是p型杂质的浓度加上n型杂质的浓度，这会对电导率等产生影响。

从能带的角度理解，n型杂质引入了施主能级，其在导带下方，如图所示。杂质能级上的电子只需要很小的能量就可以跃迁到导带上，形成自由电子，使得半导体的导电性可以大幅度提高。

需要注意的是，之后说的电子和空穴就指的是参与导电的电子和空穴，那些被束缚住的不参与导电的电子就不考虑。

P型半导体

P型半导体主要依靠价带中的空穴导电，因此需要掺入外围电子数目更少的杂质，比如Ⅲ族杂质。Ⅲ族杂质进入硅晶格后，其中的三个电子与周围的Si原子形成共价键，还留下了一个空穴。多余的那个空穴可以自由移动，同时留下了一个带负电的离子，即形成了一个负电中心，它是不能移动的。由于V族原子提供了导电空穴并形成了负电中心，称其为受主杂质或P型杂质。

能带角度上看，和N型半导体是一样的，在价带上方形成了一个受主能级，能级上的空穴可以跃迁到价带上，形成导电空穴，大幅提高的半导体的导电性。

有关杂质的理论是十分复杂的，比如有些杂质可以同时提供施主能级和受主能级。还有一类是深能级杂质，即施主能级和受主能级在禁带中央附近，这种对于导电性能的改善并没有浅能级杂质来的明显，因为距离导带或价带较远。但是深能级杂质能够有效的促进复合，这在讲间接复合等的时候能感受到。

我们可以发现，上面提到的情况有施主能级在靠近导带的位置，受主能级在靠近价带的位置，施主受主能级在禁带中央附近。那么还有两类情况，施主能级在靠近价带的位置，受主能级在靠近导带的位置。施主能级是提供电子的，距离导带越近，越容易跃迁导带参与导电，而如果靠近价带会发生什么？施主能级中的电子会更容易到价带中去，与价带中的空穴复合，成为“空穴杀手”。同理，受主能级如果靠近导带，那么会到导带中与电子复合，成为“电子杀手”，这在很多情况下，是我们不希望的。其实这两种情况就是我们常说的缺陷，引入的缺陷能级成为了“电子杀手”或“空穴杀手”。

从上面的讨论中不难看出，其实杂质和缺陷并没有本质的区别，都是引入能级，只不过位置不同。但是因为多数情况下，杂质能级是我们所需要的，而缺陷能级是我们不需要的，因此做了区分。