Semi-conducteur fait référence à un matériau dont la conductivité peut être contrôlée de l'isolant au conducteur. Que ce soit du point de vue de la science et de la technologie ou du développement économique, l’importance des semi-conducteurs est très grande. La plupart des produits électroniques actuels, tels que les ordinateurs, les téléphones portables ou les enregistreurs numériques, sont étroitement liés aux semi-conducteurs. Les matériaux semi-conducteurs courants comprennent le silicium, le germanium, l'arséniure de gallium, etc., et le silicium est l'un des matériaux semi-conducteurs les plus influents dans les applications commerciales.
La conductivité d'un matériau est déterminée par le nombre d'électrons contenus dans la bande de conduction. Lorsque les électrons reçoivent de l’énergie de la bande de valence et sautent vers la bande conductrice, les électrons peuvent se déplacer librement entre les bandes et conduire l’électricité. L'écart énergétique entre la bande conductrice et la bande de valence des matériaux métalliques courants est très faible. À température ambiante, les électrons obtiennent facilement de l’énergie et sautent vers la bande conductrice pour conduire l’électricité. Cependant, les matériaux isolants sont difficiles à transmettre à la bande conductrice en raison de l'écart énergétique important (généralement supérieur à 9 électrons-volts), de sorte qu'ils ne peuvent pas conduire l'électricité.
L'écart énergétique d'un matériau semi-conducteur général est d'environ 1 à 3 électrons-volts, ce qui se situe entre un conducteur et un isolant. Par conséquent, le matériau peut conduire l’électricité tant qu’il est excité par l’énergie dans des conditions appropriées ou que l’espacement de son espace énergétique est modifié.
Les semi-conducteurs transmettent le courant par conduction électronique ou conduction par trous. Le mode de conduction électronique est similaire au flux de courant dans le fil de cuivre, c'est-à-dire que sous l'action d'un champ électrique, les atomes hautement ionisés transfèrent les électrons en excès dans la direction à faible degré d'ionisation négative. La conduction par trous fait référence au courant (généralement appelé courant positif) formé par les « trous » formés par l'absence d'électrons à l'extérieur du noyau atomique dans les matériaux positivement ionisés. Sous l’action d’un champ électrique, les trous sont remplis par un petit nombre d’électrons et provoquent leur déplacement.
