금속의 경우와 같이 전류 캐리어가 주로 전자인 경우를 n형 반도체, 전류 캐리어가 주로 정공일 경우를 p형 반도체라고 한다. 이와 같이 전자와 정공 두 가지의 캐리어가 존재할 수 있는 것도 반도체 특징의 하나이다. 반도체의 전기전도에 대한 물리적 기구는 다음과 같이 에너지 대역의 이론을 써서 설명할 수 있다. 즉 현대물리학의 결론에 따르면, 진공 속에서 전자가 취할 수 있는 에너지는 0(정지상태)에서 무한대에 이르는 연속적인 값일 수 있으나 원자 외각 속에 있는 전자는 불연속적으로 띄엄띄엄한 값만을 취할 수 있다. 이와 같은 원자의 규칙적인 배열로써 이루어진 고체 내에 존재하는 핵외(核外)전자는 역시 일반적으로 각자 어떤 불연속적으로 흩어진 에너지 값을 갖고 있으며, 빛을 흡수하거나 열을 받아서 그의 에너지가 변화될 수 있다. 이와 같은 전자에너지의 변화로써 전자에 의한 고체 내에서의 전기전도를 설명할 수 있다. 이들 전자가 고체 내에서 취할 수 있는 에너지 값에는 제한조건이 있으며, 고체물질의 구성원자와 결정구조에 따라서 그의 허용치가 정해진다. 앞의 경우와 같이 전자가 취할 수 있는 에너지 값의 범위를 허용대역, 후자와 같이 전자가 취할 수 없는 에너지 값의 범위를 금지영역이라 한다. 즉 이것은 자유공간에 있는 전자의 경우와 크게 다른 점이다. 한편, 페르미-디랙(Fermi-Dirac)의 통계이론과 파울리(Pauli)의 배타원리(排他原理)에 따라 고체 내의 전자들은 대체로 이들 허용된 범위 내의 에너지 값을 낮은 쪽에서부터 취하여 가는데 각 에너지값 즉 에너지 준위에 대하여 같은 에너지 값을 차지할 수 있는 전자의 수는 일정하게 되어 있다. 즉 한 에너지 준위에는 일정 수 이상의 전자는 있을 수 없으며 허용대역 내에 거의 연속적으로 분포되어 있는 에너지 준위를 아래쪽부터 전자가 차지하게 된다. 도체와 같은 경우에는 허용대역 중에 전자가 취할 수는 있으나 아직 채워지지 않은 에너지값 즉 에너지 준위가 있다. 전자가 서로 다른 두 개의 에너지 준위 사이를 이동할 때는 외부적 에너지의 주고받음이 전자에 대하여 생긴다.
참고자료
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