А ведь с чистыми полупроводниками — это ещё пустячки, мелкие недоразумения. «По-взрослому» всё начинается у легированных полупроводников. Примеси, которыми их легируют, они — о-го-го какие! Они могут кардинально увеличить электропроводность образца! Как они это делают? Да возьмите первый попавшийся учебник по полупроводникам, и он сам откроется на нужной странице. Значит, так: если материал из четырёхвалентных атомов легировать пятивалентными атомами, то они встроятся в решётку, задействовав только по четыре своих валентных электрона. Оставшиеся же пятые могут быть «легко оторваны» и сделаны свободными носителями. Вот вам, мол, резкое увеличение проводимости n-типа. Стоп! После «лёгкого отрыва» электрона, в атоме-то остаётся дырка! Разве она не даёт вклада в проводимость p-типа? Это как в детских играх, что ли: новые свободные электроны «играют», а новые дырки — «не играют»? О, Господи, читаем дальше: если тот же материал из четырёхвалентных атомов легировать трёхвалентными атомами, то они встроятся в решётку, задействовав все свои валентные электроны, но при этом у них будет не хватать по одному электрону, чтобы образовать по четыре связи с соседями. Вот вам, мол, готовые дырки, которые дают резкое увеличение проводимости p-типа. Стоп! Какие же это «дырки», если все электроны — в атомах, и ни один атом не ионизован? Дяденьки, на кого рассчитана эта концепция примесной проводимости — на ваших бабушек, что ли? «Эта концепция, — с нордическим спокойствием парируют академики, — надёжно подтверждена опытом. Легирование кремния и германия пятивалентными элементами даёт резкое увеличение n-проводимости, а легирование их трёхвалентными элементами даёт резкое увеличение p-проводимости!» Ну, ну. Повезло же вам, что есть на свете такие аномалии: кремний да германий. С ними всё получается так, как в учебниках написано. А про полную картину вы в курсе? Нехорошо внушать нам правило: примеси с большей валентностью, чем у главных атомов, дают проводимость n-типа, а с меньшей валентностью — p-типа. В доброй половине случаев это правило по-наглому не работает!
А, знаете — почему? Для электропроводности полупроводника всё равно — легировать его атомами с большей или меньшей валентностью. Результат-то один и тот же: гарантированное наличие свободных валентностей. А на каких атомах эти свободные валентности висят — на примесных или на основных — это неважно. Важно лишь общее количество свободных валентностей: чем их больше, тем лучше электронная проводимость. А про дырочную проводимость лучше поскорее забыть. Потому что нет её в природе. Да и не нужна она совсем. Не верите? Ну, возьмите вы образец кремния, легированного бором или индием — со стопудовой p-проводимостью. Без дырок тут — никак, да? Ну, подайте постоянное напряжение на этот образец. Через него потечёт ток — не такой сильный, как через металл, но всё-таки. Теперь поменяйте полярность приложенного напряжения. Через образец снова потечёт такой же ток, только «в обратную». А теперь прикиньте: по металлическим проводам в вашей цепочке двигаются только электроны, правда ведь? И сила постоянного тока сквозь любое поперечное сечение замкнутой цепочки одна и та же, не так ли? Сколько входит электронов в ваш p-образец в единицу времени, столько же их и выходит. Значит, и в самом p-образце в данном случае проводимость электронная. Какой же ей ещё быть? Всё тот же режим — «ротации кадров» между свободными и связанными электронами!
Надо всё-таки сказать, почему электропроводность полупроводников лучше, чем у диэлектриков (непробитых), но хуже, чем у металлов. Дело — именно в количестве свободных валентностей — большем, чем у диэлектриков, но меньшим, чем у металлов. Спрашивается: откуда берутся свободные валентности при правильной кристаллической решётке у беспримесного полупроводника? Напрашивается ответ: химические связи здесь не вполне стационарны — они, чисто программными средствами, по очереди рвутся в принудительном порядке! Из-за цикличности этого процесса, имеет смысл среднее время, в течение которого валентности и остаются свободными. Отсюда немедленно следует наличие полосы оптического поглощения у полупроводников! При облучении даже образца p-типа светом, попадающим в его полосу поглощения, сопротивление образца для посторонних электронов резко уменьшается — так работают фоторезисторы. А всё потому, что возбуждённые свободные валентности шустрее управляются с «ротацией кадров» электронов, отчего для них увеличивается пропускная способность образца.