1. Egenskaper for halvledere

Energibånd

et atom består av en kjerne og elektroner som kretser kjernen.
elektronene kan ikke bane kjernen på noen avstand i atomrommet rundt kjernen, men bare visse, svært spesifikke baner er tillatt, og eksisterer bare i bestemte diskrete nivåer. Disse energiene kalles energinivåer. Et stort antall atomer samles for å danne en krystall, og samhandler i et fast materiale, da energinivåene ble så tett avstand at de danner bånd. Dette er energibåndet.
Metaller, halvledere og isolatorer skiller seg fra hverandre av deres båndstrukturer. Deres bandstrukturer er vist i figuren nedenfor.

i metaller kommer ledningsbåndet og valensbåndet veldig nærmere hverandre og kan til og med overlappe, med Fermi energy （Eｆ ） et sted inne. Dette betyr at metallet alltid har elektroner som kan bevege seg fritt og så alltid kan bære strøm. Slike elektroner er kjent som frie elektroner. Disse frie elektronene er ansvarlige for strømmen som strømmer gjennom et metall.

i halvledere og isolatorer er valansebåndet og ledningsbåndet adskilt av et forbudt energigap som har tilstrekkelig bredde, Og fermi energy（eｆ ） er mellom valens og ledningsbånd. For å komme til ledningsbåndet må elektronen få nok energi til å hoppe over båndgapet. Når dette er gjort, kan det gjennomføre.

i halvledere ved romtemperatur er båndgapet mindre, det er nok termisk energi for å tillate elektroner å hoppe gapet ganske enkelt og gjøre overgangene i ledningsbåndet, gitt halvlederbegrenset ledningsevne. Ved lav temperatur har ingen elektron tilstrekkelig energi til å okkupere ledningsbåndet, og dermed er det ikke mulig å bevege seg. Ved absolutt null er halvledere perfekte isolatorer, tettheten av elektroner i ledningsbånd ved romtemperatur er ikke så høy som i metaller, og kan dermed ikke føre strøm så godt som metall. Den elektriske ledningsevnen til halvleder er ikke så høy som metall, men heller ikke så dårlig som elektrisk isolator. Det er derfor, denne typen materiale kalles halvleder-betyr halvleder.

båndgapet for isolatorer er stort, så svært få elektroner kan hoppe over gapet. Derfor strømmer strømmen ikke lett i isolatorer. Forskjellen mellom isolatorer og halvledere er størrelsen på båndgapenergien. I isolator hvor forbudt gap er veldig stort og som et resultat er energien som kreves av elektronen for å krysse over til ledningsbåndet praktisk talt stort nok. Isolatorer leder ikke elektrisitet lett. Det betyr at isolatorens elektriske ledningsevne er svært dårlig.

Halvlederkrystall som brukes til IC etc. er høy renhetsgrad enkeltkrystall silisium av 99.99999999%, men når du faktisk lager en krets, tilsettes urenheter for å kontrollere de elektriske egenskapene. Avhengig av tilsatte urenheter blir de n-type og p-type halvledere.

Pentavalent fosfor (P) eller arsen (As) tilsettes til høy renhetsgrad silisium for n-type halvledere. Disse urenhetene kalles donorer. Energinivået til giveren ligger nær ledningsbåndet, det vil si at energigapet er lite. Da er elektroner på dette energinivået lett begeistret for ledningsbåndet og bidrar til ledningsevnen.

på den annen side trivalent bor (B) etc. legges til p type halvleder. Dette kalles en akseptor. Energinivået til akseptoren ligger nær valensbåndet. Siden det ikke er noen elektroner her, er elektroner i valensbåndet begeistret her. Som et resultat dannes hull i valensbåndet, noe som bidrar til ledningsevnen.