1. Egenskaber for halvledere

energibånd

et atom består af en kerne og elektroner, der kredser om kernen.
elektronerne kan ikke bane kernen på nogen Afstand i atomrummet omkring kernen, men kun visse, meget specifikke baner er tilladt og findes kun i specifikke diskrete niveauer. Disse energier kaldes energiniveauer. Et stort antal atomer samles for at danne en krystal og interagerer i et fast materiale, så blev energiniveauerne så tæt adskilt, at de danner bånd. Det er energibåndet.
metaller, halvledere og isolatorer adskiller sig fra hinanden ved deres båndstrukturer. Deres båndstrukturer er vist i nedenstående figur.

i metaller kommer ledningsbåndet og valensbåndet meget tættere på hinanden og kan endda overlappe hinanden, med Fermi-energienristen e-Prip et eller andet sted inde. Dette betyder, at metallet altid har elektroner, der kan bevæge sig frit og så altid kan bære strøm. Sådanne elektroner er kendt som frie elektroner. Disse frie elektroner er ansvarlige for strøm, der strømmer gennem et metal.

i halvledere og isolatorer er valansbåndet og ledningsbåndet adskilt af et forbudt energispalte, der er tilstrækkeligt bredt, og Fermi-energien, der er koldt E, er mellem Valens-og ledningsbåndet. For at komme til ledningsbåndet skal elektronen få nok energi til at springe båndgabet. Når dette er gjort, kan det udføre.

i halvledere ved stuetemperatur er båndgabet mindre, der er nok termisk energi til at tillade elektroner at hoppe mellemrummet ret let og foretage overgange i ledningsbånd i betragtning af halvlederens begrænsede ledningsevne. Ved lav temperatur har ingen elektron tilstrækkelig energi til at optage ledningsbåndet, og der er således ingen bevægelse af ladning mulig. Ved absolut nul er halvledere perfekte isolatorer, densiteten af elektroner i ledningsbånd ved stuetemperatur er ikke så høj som i metaller og kan således ikke lede strøm så god som metal. Den elektriske ledningsevne af halvleder er ikke så høj som metal, men heller ikke så dårlig som elektrisk isolator. Derfor kaldes denne type materiale halvleder-betyder halvleder.

båndgabet for isolatorer er stort, så meget få elektroner kan springe kløften. Derfor strømmer strømmen ikke let i isolatorer. Forskellen mellem isolatorer og halvledere er størrelsen på båndgabsenergien. I isolator hvor forbudt hul er meget stor, og som et resultat den energi, der kræves af elektronen til at krydse over til ledningen bandet er stort nok. Isolatorer leder ikke elektricitet let. Det betyder, at isolatorens elektriske ledningsevne er meget dårlig.

halvlederkrystal anvendt til IC osv. er høj renhed enkelt krystal silicium på 99.999999999%, men når der faktisk laves et kredsløb, tilsættes urenheder for at styre de elektriske egenskaber. Afhængigt af de tilsatte urenheder bliver de halvledere af N-type og p-type.

Pentavalent fosfor (P) eller arsen (As) tilsættes til silicium med høj renhed til halvledere af n-typen. Disse urenheder kaldes donorer. Donorens energiniveau er placeret tæt på ledningsbåndet, det vil sige, at energigabet er lille. Derefter er elektroner på dette energiniveau let begejstrede for ledningsbåndet og bidrager til ledningsevnen.

på den anden side trivalent bor (B) osv. tilføjes til p-type halvleder. Dette kaldes en acceptor. Acceptorens energiniveau er tæt på valensbåndet. Da der ikke er nogen elektroner her, er elektroner i valensbåndet begejstrede her. Som et resultat dannes huller i valensbåndet, hvilket bidrager til ledningsevnen.