Unter Halbleiter versteht man ein Material, dessen Leitfähigkeit vom Isolator bis zum Leiter gesteuert werden kann. Unabhängig von der Perspektive der Wissenschaft und Technologie oder der wirtschaftlichen Entwicklung ist die Bedeutung von Halbleitern sehr groß. Die meisten heutigen elektronischen Produkte wie Computer, Mobiltelefone oder digitale Rekorder sind eng mit Halbleitern verbunden. Zu den gängigen Halbleitermaterialien gehören Silizium, Germanium, Galliumarsenid usw., und Silizium ist eines der einflussreichsten Halbleitermaterialien für kommerzielle Anwendungen.
Die Leitfähigkeit eines Materials wird durch die Anzahl der im Leitungsband enthaltenen Elektronen bestimmt. Wenn die Elektronen Energie aus dem Valenzband erhalten und zum leitfähigen Band springen, können sich die Elektronen frei zwischen den Bändern bewegen und Elektrizität leiten. Die Energielücke zwischen dem leitfähigen Band und dem Valenzband üblicher Metallmaterialien ist sehr klein. Bei Raumtemperatur können Elektronen leicht Energie gewinnen und zum leitfähigen Band springen, um Elektrizität zu leiten. Aufgrund der großen Energielücke (normalerweise größer als 9 Elektronenvolt) ist es für Isoliermaterialien jedoch schwierig, in das leitfähige Band zu springen, sodass sie keinen Strom leiten können.
Die Energielücke eines allgemeinen Halbleitermaterials beträgt etwa 1 bis 3 Elektronenvolt und liegt zwischen einem Leiter und einem Isolator. Daher kann das Material Elektrizität leiten, solange es unter geeigneten Bedingungen durch Energie angeregt wird oder der Abstand seiner Energielücke verändert wird.
Halbleiter übertragen Strom durch Elektronenleitung oder Lochleitung. Die Art der Elektronenleitung ähnelt dem Stromfluss in Kupferdrähten, d. h. unter der Wirkung eines elektrischen Feldes übertragen stark ionisierte Atome überschüssige Elektronen in die Richtung mit geringem negativem Ionisierungsgrad. Unter Lochleitung versteht man den Strom (im Allgemeinen als positiver Strom bezeichnet), der durch die „Löcher“ entsteht, die durch die Abwesenheit von Elektronen außerhalb des Atomkerns in positiv ionisierten Materialien entstehen. Unter Einwirkung eines elektrischen Feldes werden die Löcher mit einer kleinen Anzahl von Elektronen gefüllt und bewirken, dass sich die Löcher bewegen.
