Halfgeleider verwijst naar een materiaal waarvan de geleidbaarheid kan worden geregeld van isolator tot geleider. Ongeacht vanuit het perspectief van wetenschap en technologie of economische ontwikkeling, het belang van halfgeleiders is zeer groot. De meeste elektronische producten van vandaag, zoals computers, mobiele telefoons of digitale recorders, zijn nauw verwant aan halfgeleiders. Gebruikelijke halfgeleidermaterialen omvatten silicium, germanium, galliumarsenide, enz., en silicium is een van de meest invloedrijke halfgeleidermaterialen in commerciële toepassingen.
De geleidbaarheid van een materiaal wordt bepaald door het aantal elektronen in de geleidingsband. Wanneer de elektronen energie krijgen van de valentieband en naar de geleidende band springen, kunnen de elektronen vrij tussen de banden bewegen en elektriciteit geleiden. De energiekloof tussen de geleidende band en de valentieband van gewone metalen materialen is erg klein. Bij kamertemperatuur kunnen elektronen gemakkelijk energie verkrijgen en naar de geleidende band springen om elektriciteit te geleiden. Isolatiematerialen zijn echter moeilijk naar de geleidende band te springen vanwege de grote energiekloof (meestal groter dan 9 elektronvolt), waardoor ze geen elektriciteit kunnen geleiden.
De energiekloof van een algemeen halfgeleidermateriaal bedraagt ongeveer 1 tot 3 elektronvolt, wat zich tussen een geleider en een isolator bevindt. Daarom kan het materiaal elektriciteit geleiden zolang het onder de juiste omstandigheden door energie wordt opgewonden of de afstand van de energiekloof wordt gewijzigd.
Halfgeleiders brengen stroom over via elektronengeleiding of gatgeleiding. De manier van elektronengeleiding is vergelijkbaar met de stroomstroom in koperdraad, dat wil zeggen dat sterk geïoniseerde atomen onder invloed van een elektrisch veld overtollige elektronen overbrengen naar de richting met een lage mate van negatieve ionisatie. Gatengeleiding verwijst naar de stroom (in het algemeen positieve stroom genoemd) die wordt gevormd door de "gaten" die worden gevormd door de afwezigheid van elektronen buiten de atoomkern in positief geïoniseerde materialen. Onder invloed van een elektrisch veld worden de gaten gevuld door een klein aantal elektronen, waardoor de gaten gaan bewegen.
