Halvleder refererer til et materiale hvis ledningsevne kan kontrolleres fra isolator til leder. Uansett fra perspektivet til vitenskap og teknologi eller økonomisk utvikling, er betydningen av halvledere veldig stor. De fleste av dagens elektroniske produkter, som datamaskiner, mobiltelefoner eller digitale opptakere, er nært knyttet til halvledere. Vanlige halvledermaterialer inkluderer silisium, germanium, galliumarsenid, etc., og silisium er et av de mest innflytelsesrike halvledermaterialene i kommersielle applikasjoner.
Konduktiviteten til et materiale bestemmes av antall elektroner i ledningsbåndet. Når elektronene får energi fra valensbåndet og hopper til det ledende båndet, kan elektronene bevege seg fritt mellom båndene og lede elektrisitet. Energigapet mellom det ledende båndet og valensbåndet til vanlige metallmaterialer er veldig lite. Ved romtemperatur er elektroner lett å få energi og hopper til det ledende båndet for å lede elektrisitet. Imidlertid er isolasjonsmaterialer vanskelige å hoppe til det ledende båndet på grunn av det store energigapet (vanligvis større enn 9 elektronvolt), så de kan ikke lede elektrisitet.
Energigapet til et generelt halvledermateriale er omtrent 1 til 3 elektronvolt, som er mellom en leder og en isolator. Derfor kan materialet lede elektrisitet så lenge det eksiteres av energi under passende forhold eller avstanden til energigapet endres.
Halvledere overfører strøm gjennom elektronledning eller hullledning. Måten for elektronledning er lik strømstrømmen i kobbertråd, det vil si under påvirkning av elektrisk felt overfører høyt ioniserte atomer overflødige elektroner til retningen med lav grad av negativ ionisering. Hullledning refererer til strømmen (vanligvis referert til som positiv strøm) dannet av "hullene" dannet ved fravær av elektroner utenfor atomkjernen i positivt ioniserte materialer. Under påvirkning av et elektrisk felt fylles hullene av et lite antall elektroner og får hullene til å bevege seg.
