完全纯的半导体(称本征半导体)在室温下是不导电的。要使半导体导电,需要在纯半导体中掺一些杂质。在IV族半导体材料
硅或
锗中掺入V族元素磷、砷或
锑(称为施主掺杂或N型掺杂),这些掺入的杂质原子比原来的硅或锗原子多出一个
价电子。如硅是IV族元素,每个硅原子有四个价电子,这四个价电子与周围的硅原子共同组成了四个
共价键。如果在硅中掺磷杂质,一个磷原子取代了一个硅原子。磷是V族元素,有五个价电子,其中四个价电子也与周围硅原子组成了共价键,而第五个电子对于共价键的形成是不需要的,成为多余电子,被输送到硅的
导带上,形成能自由运动的导电电子。
导电电子的
浓度约等于或略小于杂质原子的浓度。这种含
施主杂质的半导体称为
N型半导体。掺杂浓度可在很大的范围内变化(1012—1019个/厘米3),这决定了半导体的
电导率在
绝缘体与
金属之间(10-10—102/欧姆·厘米)。在III-V族
化合物半导体材料中掺入VI族元素代替原来的V族元素,也可形成
N型半导体。施主杂质通常称为
浅能级杂质,它们在
禁带中产生的
杂质能级位于导带底附近,与导带底相差几个毫电子伏。
杂质能级上的多余电子在室温下就能
跃迁到导带中去。与此相对的另一类杂质是
深能级杂质,它们是由同族元素但不同原子(称为
等电子杂质)以及
碳、
氧、
氮和
铁、
铜、
金、
银等
重金属原子产生。它们产生的能级往往在禁带中间,所以称为
深能级。