什麼是半導體?

半導體係指一種導電性可受控制，範圍可從絕緣體至導體之間的材料。無論從科技或是經濟發展的角度來看，半導體的重要性都是非常巨大的。今日大部分的電子產品，如電腦、行動電話或是數位錄放音機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關連。常見的半導體材料有矽、鍺、砷化鎵等，而矽更是各種半導體材料中，在商業應用上最具有影響力的一種。

材料的導電性是由「傳導帶」（conduction band）中含有的電子數量決定。當電子從「價帶」（valence band）獲得能量而跳躍至「導電帶」時，電子就可以在帶間任意移動而導電。一般常見的金屬材料其導電帶與價電帶之間的「能隙」非常小，在室溫下電子很容易獲得能量而跳躍至導電帶而導電，而絕緣材料則因為能隙很大（通常大於9電子伏特），電子很難跳躍至導電帶，所以無法導電。

一般半導體材料的能隙約為1至3電子伏特，介於導體和絕緣體之間。因此只要給予適當條件的能量激發，或是改變其能隙之間距，此材料就能導電。

半導體通過電子傳導或電洞傳導的方式傳輸電流。電子傳導的方式與銅線中電流的流動類似，即在電場作用下高度離子化（ionization）的原子將多餘的電子向著負離子化程度比較低的方向傳遞。電洞導電則是指在正離子化的材料中，原子核外由於電子缺失形成的「電洞」，在電場作用下，電洞被少數的電子補入而造成電洞移動所形成的電流（一般稱為正電流）。

材料中載子（carrier）的數量對半導體的導電特性極為重要。這可以通過在半導體中有選擇的加入其他「雜質」（三、五族元素）來控制。如果我們在純矽中摻雜（doping）少許的砷或磷（最外層有五個電子），就會多出一個自由電子，這樣就形成N型半導體；如果我們在純矽中摻入少許的硼（最外層有三個電子），就反而少了一個電子，而形成一個電洞（電洞），這樣就形成P型半導體（少了一個帶負電荷的電子，可視為多了一個正電荷）。