Halvledare avser ett material vars ledningsförmåga kan styras från isolator till ledare. Oavsett ur ett perspektiv av vetenskap och teknik eller ekonomisk utveckling, är betydelsen av halvledare mycket stor. De flesta av dagens elektroniska produkter, som datorer, mobiltelefoner eller digitala inspelare, är nära besläktade med halvledare. Vanliga halvledarmaterial inkluderar kisel, germanium, galliumarsenid, etc., och kisel är ett av de mest inflytelserika halvledarmaterialen i kommersiella tillämpningar.
Konduktiviteten hos ett material bestäms av antalet elektroner som finns i ledningsbandet. När elektronerna får energi från valensbandet och hoppar till det ledande bandet kan elektronerna röra sig fritt mellan banden och leda elektricitet. Energigapet mellan det ledande bandet och valensbandet för vanliga metallmaterial är mycket litet. Vid rumstemperatur är elektroner lätta att få energi och hoppar till det ledande bandet för att leda elektricitet. Isoleringsmaterial är dock svåra att hoppa till det ledande bandet på grund av det stora energigapet (vanligtvis större än 9 elektronvolt), så de kan inte leda elektricitet.
Energigapet för ett allmänt halvledarmaterial är cirka 1 till 3 elektronvolt, vilket är mellan en ledare och en isolator. Därför kan materialet leda elektricitet så länge som det exciteras av energi under lämpliga förhållanden eller avståndet mellan dess energigap ändras.
Halvledare överför ström genom elektronledning eller hålledning. Sättet för elektronledning liknar strömflödet i koppartråd, det vill säga under inverkan av ett elektriskt fält överför högjoniserade atomer överskott av elektroner till riktningen med låg grad av negativ jonisering. Hålledning hänvisar till strömmen (allmänt kallad positiv ström) som bildas av "hålen" som bildas av frånvaron av elektroner utanför atomkärnan i positivt joniserade material. Under inverkan av ett elektriskt fält fylls hålen av ett litet antal elektroner och får hålen att röra sig.
