半导体是一种既不是导体也不是绝缘体的材料，其中包含自由电子和空穴，空穴的存在使半导体具有特殊的性质。

1.为什么铜是电的良导体？
从原子结构来看，铜原子的价带轨道上有一个价电子，由于核心和价电子之间的吸引力很弱，外力可以轻易地使这个电子脱离铜原子，微小的电压就可以使价电子从一个原子流向另一个原子，这就是铜成为良导体的原因。

2.半导体与导体有什么区别？用示意图进行解释。
导体一般为低价元素, 如铜、铁、铝等金属, 其最外层电子受原子核的束缚力很小, 因而极易挣脱原子核的束缚成为自由电子。因此在外电场作用下, 这些价电子产生定向运动(称为漂移运动)形成电流, 呈现出较好的导电特性。
半导体的最外层电子数一般为4个，既不像导体那样极易摆脱原子核的束缚, 成为自由电子, 也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧,可以通过不同的参杂改变或控制其导电性能。常用的半导体材料有硅、锗、硒等。

3.介绍一下你对空穴的认识，用示意图说明它们和自由电子的区别。
以硅晶体为例，当环境温度高于绝对零度时，空气中的热能使硅晶体中的原子发生振动，由于振动，原子偶尔会释放出一个夹带轨道中的电子，这个电子就是自由电子。电子的离开使得原来的价带轨道上留下了一个空缺，称为空穴，由于电子的缺失形成了正离子，因此空穴表现出正电荷特性，会吸引并捕获其周围出现的电子。空穴的存在是导体与半导体的本质区别，空穴使得半导体可以实现导体无法实现的功能。

4.请描述掺杂半导体的基本原理，希望能给出示意图。
提高半导体导电性能的方法之一是掺杂，掺杂是指在本征晶体中掺入杂质原子从而改变其导电率。以增加自由电子为例，首先将纯净的硅晶体熔化，断开共价键并且将固态硅转化为液态。为了增加自由电子的数目，将“5价原子”加入到熔化的硅中，5价原子的价带轨道上有5个电子，会给硅晶体贡献出一个多余的电子。经掺杂的硅晶体在冷却后重新形成的固态晶体结构中，一个5价原子在中心，周围是4个硅原子，每个中心原子与相邻的原子共享一个电子，但是由于每个5价原子只有5个价电子，所以留下了一个多余的电子。因为价带轨道只能容纳8个电子，这个多余的电子将在更大的轨道上运动。增加空穴的方法同理，在硅晶体中掺杂3价原子。

5.为什么正向偏置的二极管中存在电流，请画图给予解释。
电池驱使自由电子和空穴向结区移动，当直流电压源的电压大于势垒电压（Ge二极管0.3V，Si二极管0.7V）时，自由电子拥有足够的能量通过耗尽层并与空穴复合，p区所有的空穴向右移动，n区所有的自由电子向左移动，这些极性相反的电荷在结附近相遇并复合。由于自由电子不断地进入二极管的右端，空穴也在二极管的左端不断产生，因此二极管中有持续的电流流过。

6.为什么反向偏置的二极管中存在非常小的电流？
由于电池负极吸引空穴，正极吸引自由电子，所以自由电子和空穴会从pn结附近流走，使得耗尽层变宽，耗尽层越宽电势差就越大，当电势差与外加反向电压相等时，电子和空穴不再从结中向外移动。
耗尽层稳定后，在反向偏置下还会存在一个很小的电流。热能会持续地激发产生成对的自由电子和空穴，即结的两侧都有少量的少子存在，其中的大部分会与多子复合。但耗尽层中的少子有可能存活足够长时间并穿过结区，这时就会有一小股电流流过外部电路。由热能激发产生的少子所形成的反向电流称为饱和电流。

7.反偏的二极管在特定的条件下会击穿，请尽量详细地描述雪崩效应。
正常反偏电压下少子电流很小，当电压增大时，迫使少子移动速度加快并和晶体内的原子发生碰撞。当这些少子具有足够高的能量时，就可以把价电子撞击出来成为自由电子。这些新产生的少子和原有的少子一起继续撞击其他原子，整个过程呈几何级数增长，一个自由电子释放一个价电子后就变成了两个自由电子，两个自由电子又可以继续释放另外两个价电子变成四个自由电子，这个过程一直持续，少子的数量急剧增加，使得反向电流变得非常大。

8.说明为什么发光二极管能够发光。
当一个电子移动到较大轨道上后，它有可能回落到较低的能级。此时，电子将以热、光或者其他辐射形式释放多余的能量。对于一个发光二极管（LED），外加电压把电子提升到较高能级，当这些电子回落到较低能级时，就会发光。

9.在导体中有空穴流动吗？为什么？当空穴到达半导体的另一端时会怎样？
导体一般是低价元素最外层电子很容易脱离原子核束缚，形成自由电子，倒数第二层就形成八电子稳定结构，所以没有空穴，只有一种载流子，就是自由电子导电。
当半导体中的n个空穴到达半导体的B端时，立即会有n个空穴从半导体的A端补充进来。在这个过程中，空穴的总数不会有变化。

10.表面漏电流是什么？
在反偏二极管中，除了由热激发产生的少子电流外，在晶体的表面还存在着一个小电流，称为表面漏电流，它是由于晶体中的表面杂质和缺陷造成的。

11.为什么二极管中的复合很重要？
复合指的是自由电子和空穴的结合，在复合的过程中，n区的电子和p区的空穴相遇后就会消失，因此电流只能从n区流向p区，这就是二极管具有单向导电性的原因。

12.非本征硅与本征硅的区别是什么？说明其重要性。
区别在于是否掺杂其他原子，提高半导体导电性能的方法之一是掺杂，掺杂是指在本征晶体中掺入杂质原子从而改变其导电率。

13.描述pn结初始形成时的情况，包括耗尽层的形成。
将一块晶体材料的一边做成p型，另一边做成n型，pn结就在p型和n型区域的交界处。在pn结的交界面处，由于P型区和N型区的载流子浓度不同，会发生扩散运动，即电子从n区向pp区移动，空穴从p区向n区移动。这样，pp区会多出一些负电荷，n区会多出一些正电荷，形成一个空间电荷区或耗尽层。在这个区域内，由于缺少载流子，所以电阻会很大。

14.在pn结二极管中，哪种载流子移动？是空穴还是自由电子？
两种载流子都移动。