Полупроводник — это материал, проводимость которого можно контролировать от изолятора к проводнику. Независимо от того, с точки зрения науки и техники или экономического развития, важность полупроводников очень велика. Большинство современных электронных продуктов, таких как компьютеры, мобильные телефоны или цифровые записывающие устройства, тесно связаны с полупроводниками. Обычные полупроводниковые материалы включают кремний, германий, арсенид галлия и т. д., а кремний является одним из наиболее влиятельных полупроводниковых материалов в коммерческих приложениях.
Проводимость материала определяется количеством электронов, содержащихся в зоне проводимости. Когда электроны получают энергию из валентной зоны и перепрыгивают в зону проводимости, электроны могут свободно перемещаться между зонами и проводить электричество. Энергетическая щель между зоной проводимости и валентной зоной обычных металлических материалов очень мала. При комнатной температуре электроны легко получают энергию и перепрыгивают в проводящую зону, чтобы проводить электричество. Однако изолирующие материалы трудно перейти в проводящую зону из-за большой энергетической щели (обычно более 9 электронвольт), поэтому они не могут проводить электричество.
Энергетическая щель обычного полупроводникового материала составляет от 1 до 3 электронвольт, что находится между проводником и изолятором. Следовательно, материал может проводить электричество до тех пор, пока он возбуждается энергией при соответствующих условиях или пока изменяется расстояние между его энергетической щелью.
Полупроводники передают ток посредством электронной или дырочной проводимости. Способ проводимости электронов аналогичен протеканию тока в медном проводе, то есть под действием электрического поля высокоионизированные атомы переносят лишние электроны в направление с низкой степенью отрицательной ионизации. Дырочная проводимость относится к току (обычно называемому положительным током), образованному «дырками», образованными отсутствием электронов за пределами атомного ядра в положительно ионизированных материалах. Под действием электрического поля дырки заполняются небольшим количеством электронов и заставляют дырки двигаться.
