導(dǎo)體和絕緣體之間的差異主要來自兩者的能帶(band)寬度不同。絕緣體的能帶比半導(dǎo)體寬,意即絕緣體價(jià)帶中的載子必須獲得比在半導(dǎo)體中更高的能量才能跳過能帶,進(jìn)入傳導(dǎo)帶中。室溫下的半導(dǎo)體導(dǎo)電性有如絕緣體,只有極少數(shù)的載子具有足夠的能量進(jìn)入傳導(dǎo)帶。因此,對於一個(gè)在相同電場下的本質(zhì)半導(dǎo)體(intrinsic semiconductor)和絕緣體會(huì)有類似的電特性,不過半導(dǎo)體的能帶寬度小於絕緣體也意味著半導(dǎo)體的導(dǎo)電性更容易受到控制而改變。
純質(zhì)半導(dǎo)體的電氣特性可以藉由植入雜質(zhì)的過程而永久改變,這個(gè)過程通常稱為「摻雜」(doping)。依照摻雜所使用的雜質(zhì)不同,摻雜後的半導(dǎo)體原子周圍可能會(huì)多出一個(gè)電子或一個(gè)電洞,而讓半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電特性變得與原本不同。如果摻雜進(jìn)入半導(dǎo)體的雜質(zhì)濃度夠高,半導(dǎo)體也可能會(huì)表現(xiàn)出如同金屬導(dǎo)體般的電性。在摻雜了不同極性雜質(zhì)的半導(dǎo)體接面處會(huì)有一個(gè)內(nèi)建電場(built-in electric field),內(nèi)建電場和許多半導(dǎo)體元件的操作原理息息相關(guān)。
除了藉由摻雜的過程永久改變電性外,半導(dǎo)體亦可因?yàn)槭┘屿镀渖系碾妶龈淖兌鴦?dòng)態(tài)地變化。半導(dǎo)體材料也因?yàn)檫@樣的特性,很適合用來作為電路元件,例如電晶體。電晶體屬於主動(dòng)式的(有源)半導(dǎo)體元件(active semiconductor devices),當(dāng)主動(dòng)元件和被動(dòng)式的(無源)半導(dǎo)體元件(passive semiconductor devices)如電阻器(resistor)或是電容器(capacitor)組合起來時(shí),可以用來設(shè)計(jì)各式各樣的集成電路產(chǎn)品,例如微處理器。
當(dāng)電子從傳導(dǎo)帶掉回價(jià)帶時(shí),減少的能量可能會(huì)以光的形式釋放出來。這種過程是制造發(fā)光二極體(light-emitting diode, LED)以及半導(dǎo)體激光(semiconductor laser)的基礎(chǔ),在商業(yè)應(yīng)用上都有舉足輕重的地位。而相反地,半導(dǎo)體也可以吸收光子,透過光電效應(yīng)而激發(fā)出在價(jià)帶的電子,產(chǎn)生電訊號。這即是光探測器(photodetector)的來源,在光纖通訊(fiber-optic communications)或是太陽能電池(solar cell)的領(lǐng)域是最重要的元件。
半導(dǎo)體有可能是單一元素組成,例如矽。也可以是兩種或是多種元素的化合物(compound),常見的化合物半導(dǎo)體有砷化鎵(gallium arsenide, GaAs)或是磷化鋁銦鎵(aluminium gallium indium phosphide, AlGaInP)等。合金(alloy)也是半導(dǎo)體材料的來源之一,如矽鍺(silicon-germanium, SiGe)或是砷化鎵鋁(aluminium gallium arsenide, AlGaAs)等。
在形成晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體中,人為地?fù)饺胩囟ǖ碾s質(zhì)元素,導(dǎo)電性能具有可控性。
在光照和熱輻射條件下,其導(dǎo)電性有明顯的變化。