由原子結(jié)構(gòu)理論可知，硅元素單晶體的原子結(jié)構(gòu)都是排列成非常整齊的共價鍵結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
圖1 硅原子單晶體的共價鍵結(jié)構(gòu)
圖中，硅原子外層的四個電子分別與四周相遴的硅原子中的一個電子形成共價鍵，該電子既圍繞自身的原子核運動，同時又圍繞相鄰位置上的原子核運動，即該兩個電子為相鄰兩原子共有，所以稱價電子。因此，硅單晶體（純凈的硅）在絕對零度時，這種原子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，沒有能夠自由活動的載流子，所以它的特性如同絕緣體一樣不導(dǎo)電。
當(dāng)在室溫下或受到外界加熱后，外界的能量將打破原先的共價健結(jié)構(gòu)，使價電子掙脫原子核的束縛而成為自由電子，同時在該共價鍵的位置上留下一個空位，該空位也稱空穴，這個過程稱為“熱激發(fā)”?？梢?，受熱激發(fā)后，產(chǎn)生一個自由電子的同時，也就產(chǎn)生一個空穴，如圖2所示中成對出現(xiàn)的電子和空穴哪樣。所以，熱激發(fā)后將產(chǎn)生兩種載流子，電子載流子和空穴載流子。如果該半導(dǎo)體受到外加電場的作用，半導(dǎo)體中的電子載流子就會因電場力的作用而作定向運動，從而形成電子流電流。
圖2 硅原子單晶體熱激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對
那么空穴載流子是如何導(dǎo)電的呢？通常，一個原子核所帶的正電荷與原子核外層電子所帶的負(fù)電荷在數(shù)量上是相等的，即整個原子呈現(xiàn)電中性，而不帶電。當(dāng)受熱激發(fā)使共價鍵上的電子被激發(fā)成了自由電子后，就不受原來原子核的束縛。跑掉了一個電子就相當(dāng)于失去了一個單位的負(fù)電荷，破壞了原來的電中性，這就相當(dāng)于留下的空穴帶上了一個正電荷。
在硅晶體原子結(jié)構(gòu)中的電子，不管是受哪個原子核的束縛，它所具有的能級都是相同的。因此當(dāng)共價鍵中出現(xiàn)一個空穴后，與該空穴相鄰的共價鍵上的電子就非常容易跑到這個空位置中，使得該相鄰的共價鍵上形成一個空穴，其效果好象空穴從原來的位置移動到了相鄰的共價鍵上去一樣。然后新的空穴又會被附近的共價鍵上的價電子填充。如此不斷地重復(fù)，就相當(dāng)于這個帶正電荷的空穴在晶體中運動一樣。
由于晶體中填補空穴的電子來自其它相鄰的共價鍵中的價電子，這些電子在外電場e的作用下逆電場運動，則帶正電的空穴將順電場而運動，也就形成了空穴電流了。