До напівпровідників належать речовини, що за питомим опором займають проміжне місце між провідниками й ізоляторами (діелектриками). До напівпровідників належить значно більше речовин, ніж до провідників і діелектриків разом. Напівпровідниками є ряд хімічних елементів (Силіцій, Германій, Селен тощо) і деякі оксиди, сульфіди, телуриди.

Питомий опір напівпровідників з підвищенням температури не зростає, як у металів, а навпаки, різко зменшується.

Пояснимо властивості напівпровідників, розглянувши їхню будову на прикладі чотиривалентного елемента Германію (мал. а). Взаємодія пари сусідніх атомів у кристалі германію здійснюється завдяки ковалентному (парноелектронному) зв'язку (мал. б).

У темряві та за низьких температур усі електрони задіяні в ковалентних зв'язках. Вільних носіїв у кристалі напівпровідника немає, тому кристал не проводить струм і його опір великий. За цих умов кристал є ізолятором. За підвищення температури кристала (або під дією опромінення світлом, рентгенівськими променями, або за впливу сильних електричних чи магнітних полів) деякі ковалентні зв'язки руйнуються. На місці кожного розірваного зв'язку утворюється вакантне місце з нестачею електрона (мал. в). Така конфігурація називається діркою. Електрони й дірки рухаються хаотично. Електрони займають місця дірок (рекомбінують) або вивільняються, розриваючи парноелектронні зв'язки (генеруються вільні електрони й дірки). Процеси генерації та рекомбінації відбуваються безперервно.

Якщо такий кристал підключити до джерела струму, то вільні електрони будуть рухатись до позитивного полюса джерела. Поки діє електричне поле, розриваються міжатомні зв'язки — з них вивільняються валентні електрони, залишаючи дірки, а розірвані раніше міжатомні зв'язки (дірки) заповнюються електронами, що вивільнилися з інших міжатомних зв'язків. Виникає враження, що в напівпровіднику, крім руху електронів (n-провідність), існує рух позитивно заряджених частинок — дірок (р-провідність).

Провідність чистих напівпровідників, що не мають ніяких домішок, називають власною провідністю напівпровідників. Власна провідність напівпровідників невелика, оскільки малою є кількість вільних носіїв струму — електронів і дірок. Дуже важлива особливість напівпровідників полягає в тому, що за наявності домішок у них поряд із власною провідністю виникає додаткова — домішкова провідність. Домішки, що легко віддають електрони, а отже, збільшують кількість вільних електронів, називають донорними домішками. Напівпровідники, в яких електрони є основними носіями заряду, називають напівпровідниками n-типу. Домішки, що приймають електрони, називають акцепторними. Напівпровідники з переважанням діркової провідності над електронною називають напівпровідниками р-типу. Змінюючи концентрацію домішок, можна істотно змінити кількість носіїв заряду того чи того знака, а отже, створити напівпровідники з переважною концентрацією або позитивно, або негативно заряджених носіїв.

Леговані напівпровідники n-типу

Леговані напівпровідники p-типу

Підсумовуючи сказане вище, зробимо висновок: як кремній n-типу, так і p-типу мають здатність проводити електричний струм; просто в одному типі кристалу основним носієм заряду є надлишкові вільні негативні електрони (n-тип кремнію), а в іншому – надлишкові позитивні дірки (p-тип кремнію).

Цікаві явища спостерігаються в місці контакту напівпровідників n- і р-типів. Контакт таких двох напівпровідників називають р-n-переходом.

З'єднаємо два напівпровідники: один з донорною, а другий з акцепторною домішкою.

Відразу ж почнеться рух через контакт: електрони переходитимуть з напівпровідника n-типу (де їх багато) у напівпровідник р-типу, а дірки — навпаки (на мал. 52 це відображено суцільними хвилястими стрілочками). Ця дифузія електронів і дірок відбувалась би до повного вирівнювання їх концентрацій в обох контактуючих напівпровідниках, якби ці частинки не переносили зарядів. Дійсно, внаслідок такого переміщення n-область заряджається позитивно, а р-область — негативно. Виникає контактна різниця потенціалів. Електричне поле перешкоджає дальшій дифузії основних носіїв через межу, відкидаючи основні носії назад у свої області (пунктирні стрілочки на мал. 52). Крім того, оскільки частина електронів, що перейшли в р-область, рекомбінувала з дірками, і відповідна рекомбінація відбулася в n-області, то утворився шар, збіднений носіями заряду, опір якого досить великий, — запірний шар.

Ділянку контакту напівпровідників n- і р-типів провідності називають р-n-переходом, основною властивістю якого є однобічна провідність. Якщо подати напругу на напівпровідники так, щоб до напівпровідника р-типу під'єднувався позитивний полюс батареї, а до напівпровідника n-типу — негативний, то поле в переході буде ослаблене, запірний шар звузиться або зникне і дифузійні потоки основних носіїв (дірок з р-області й електронів з n-області) прямуватимуть через перехід. Такий перехід називають прямим (мал. а). Сила струму за збільшення напруги зростає дуже швидко, і закон Ома не виконується.

Під'єднаємо полюси батареї навпаки (мал. б). У цьому разі зовнішня напруга збігається за знаком з контатною різницею потенціалів. Зовнішнє поле підсилює поле р—n-переходу, і дифузійні потоки основних носіїв струму через перехід значно зменшуються.

Струм I в колі стане незначним за тієї ж напруги U, оскільки струм через р—n-перехід забезпечується неосновними носіями заряду, провідність зразка стає незначною, а опір великим. Цей перехід називають зворотним.

Властивості напівпровідників (зокрема, термо- й фотопровідність) та контактні явища від одного або двох р-n-переходів широко використовують у різних напівпровідникових пристроях. Стрімкий розвиток техніки й технологій став можливим завдяки використанню напівпровідникових приладів. Їх використовують у звичайному радіоприймачі, мобільному телефоні, квантовому генераторі (лазері) тощо. Напівпровідникові інтегральні мікросхеми є основою сучасної обчислювальної техніки, комп'ютерів, іншої цифрової техніки та ґаджетів.