Podemos clasificar los materiales por la brecha de energía entre su banda de valencia y la banda de conducción. La banda de valencia es la banda que consiste en el electrón de valencia, y la banda de conducción permanece vacía. La conducción tiene lugar cuando un electrón salta de la banda de valencia a la banda de conducción, y el hueco entre estas dos bandas es un hueco de energía prohibido. Cuanto más grande sea el hueco entre las bandas de valencia y de conducción, mayor será la energía necesaria para que un electrón pase de la banda de valencia a la banda de conducción. En el caso de conductoresesta brecha de energía está ausente, o en otras palabras, la banda de conducción, y la banda de valencia se superpone. Por lo tanto, el electrón requiere un mínimo de energía para saltar de la banda de valencia. Los ejemplos típicos de conductores son la plata, el cobre y el aluminio. En aislantesesta brecha es enorme.
Por lo tanto, se requiere una cantidad significativa de energía para desplazar un electrón de valencia a la banda de conducción. Por lo tanto, los aislantes son malos conductores de electricidad. La mica y la cerámica son los ejemplos más conocidos de material aislante. Semiconductorespor otro lado, tienen una brecha de energía que está entre la de los conductores y la de los aislantes. Esta brecha es típicamente más o menos 1 eV, y por lo tanto, un electrón requiere energía más que los conductores pero menos que los materiales aislantes para cambiar la banda de valencia a la banda de conducción. A baja temperatura hay un número muy inferior de electrones en la banda de conducción de un cristal semiconductor, pero cuando la temperatura aumenta, cada vez más electrones obtienen suficiente energía para migrar de la banda de valencia a la banda de conducción. Debido a eso, no conducen electricidad a baja temperatura, pero a medida que la temperatura aumenta la conductividad aumenta. Los ejemplos más típicos de los semiconductores son el silicio y el germanio.
Definición de semiconductor
Así, el definición de semiconductor puede ser como sigue.
Los materiales que no son ni conductores ni aislantes con una brecha de energía de alrededor de 1 eV (electrón-voltio) se llaman semiconductores.
Los materiales más comunes utilizados comercialmente como semiconductores son el germanio (Ge) y el silicio (Si) debido a su propiedad de soportar altas temperaturas. Eso significa que no habrá un cambio significativo en la brecha de energía con el cambio de temperatura.
La relación entre la brecha de energía y la temperatura absoluta para el Si y el Ge se dan como,
Donde, T = temperatura absoluta en oK
Asumiendo que la temperatura ambiente sea de 300oK,
A temperatura ambiente resistividad de semiconductor está entre aislantes y conductores. Los semiconductores muestran un coeficiente de temperatura negativo de resistividad que significa que su resistencia disminuye con el aumento de la temperatura. Tanto el Si como el Ge son elementos del grupo IV, es decir, ambos elementos tienen cuatro electrones de valencia. Ambos forman el enlace covalente con el vecino átomo. A la temperatura de cero absoluto ambos se comportan como un aislante, es decir, la banda de valencia está llena mientras que la banda de conducción está vacía, pero a medida que la temperatura se eleva más y más enlaces covalentes se rompen y los electrones se liberan y saltan a la banda de conducción.
En los anteriores diagramas de banda de energía de un semiconductor. CB es la banda de conducción, y VB es la banda de valencia. En 0oK, el VB está lleno con todos los electrones de valencia.
Semiconductores intrínsecos
Según teoría de los semiconductoresEl semiconductor en su forma pura se llama semiconductor intrínseco. En un semiconductor puro el número de electrones (n) es igual al número de agujeros (p) y, por lo tanto, la conductividad es muy baja ya que los electrones de valencia están unidos covalentemente. En este caso escribimos n = p = nidonde ni se llama la concentración intrínseca. Se puede demostrar que ni puede ser escrito
¿Dónde?0 es una constante, T es la temperatura absoluta, VG es el voltaje de la brecha de la banda de semiconductores, y VT es el voltaje térmico.
El termal voltaje está relacionado con la temperatura por VT = kT/q
Donde, k es la constante de Boltzmann (k = 1.381 10 − 23 J/K).
En semiconductores intrínsecos La conductividad () está determinada por ambos electrones (e) y los agujeros (h) y depende de la densidad del portador.
σe = nee,h = peh
Conductividad, 
Donde n, p = número de electrones y agujeros respectivamente.
μh,e = movilidad de los agujeros libres y los electrones respectivamente
N = n = p
e = carga en el portador
Semiconductores extrínsecos
Según teoría de los semiconductoresLos semiconductores impuros se llaman semiconductores extrínsecos. Semiconductor extrínseco se forma añadiendo una pequeña cantidad de impurezas. Dependiendo del tipo de impureza añadida tenemos dos tipos de semiconductores: El tipo N y Semiconductores tipo P. En 100 millones de partes de semiconductor se añade una parte de impureza.
Semiconductor tipo N
En este tipo de semiconductor los portadores mayoritarios son los electrones y los minoritarios son los agujeros. Semiconductor tipo N se forma añadiendo impureza pentavalente (cinco electrones de valencia) en un cristal semiconductor puro, por ejemplo P. As, Sb.
Cuatro de los cinco electrones de valencia de la impureza pentavalente forman un enlace covalente con el átomo de Si y el electrón restante es libre de moverse a cualquier lugar dentro del cristal. La impureza pentavalente dona el electrón a Si, por eso los átomos de impureza de tipo N se conocen como átomos donantes. Esto mejora la conductividad del Si puro. La mayoría de los portadores son electrones, por lo tanto la conductividad se debe a estos electrones solamente y es dada por,
= nee
Semiconductores tipo P
En este tipo de semiconductor los portadores mayoritarios son los agujeros, y los minoritarios son los electrones. El semiconductor de tipo p se forma añadiendo impureza trivalente (tres electrones de valencia) en un cristal semiconductor puro, por ejemplo B, Al Ba.
Tres de los cuatro electrones de valencia de la impureza tetravalente forman enlaces covalentes con los átomos de Si. El fenómeno crea un espacio al que nos referimos como un agujero. Cuando la temperatura aumenta, un electrón de otro enlace covalente salta para llenar este espacio. Por lo tanto, se crea un agujero detrás. De esta manera se produce la conducción. La impureza de tipo P acepta electrones y se llama átomo aceptador. La mayoría de los portadores son agujeros, y por lo tanto la conductividad se debe sólo a estos agujeros y está dada por,
= neh
