導體和絕緣體之間的差異主要來自兩者的能帶(band)寬度不同。絕緣體的能帶比半導體寬,意即絕緣體價帶中的載子必須獲得比在半導體中更高的能量才能跳過能帶,進入傳導帶中。室溫下的半導體導電性有如絕緣體,只有極少數(shù)的載子具有足夠的能量進入傳導帶。因此,對於一個在相同電場下的本質(zhì)半導體(intrinsic semiconductor)和絕緣體會有類似的電特性,不過半導體的能帶寬度小於絕緣體也意味著半導體的導電性更容易受到控制而改變。
純質(zhì)半導體的電氣特性可以藉由植入雜質(zhì)的過程而永久改變,這個過程通常稱為「摻雜」(doping)。依照摻雜所使用的雜質(zhì)不同,摻雜後的半導體原子周圍可能會多出一個電子或一個電洞,而讓半導體材料的導電特性變得與原本不同。如果摻雜進入半導體的雜質(zhì)濃度夠高,半導體也可能會表現(xiàn)出如同金屬導體般的電性。在摻雜了不同極性雜質(zhì)的半導體接面處會有一個內(nèi)建電場(built-in electric field),內(nèi)建電場和許多半導體元件的操作原理息息相關(guān)。
除了藉由摻雜的過程永久改變電性外,半導體亦可因為施加於其上的電場改變而動態(tài)地變化。半導體材料也因為這樣的特性,很適合用來作為電路元件,例如電晶體。電晶體屬於主動式的(有源)半導體元件(active semiconductor devices),當主動元件和被動式的(無源)半導體元件(passive semiconductor devices)如電阻器(resistor)或是電容器(capacitor)組合起來時,可以用來設(shè)計各式各樣的集成電路產(chǎn)品,例如微處理器。
當電子從傳導帶掉回價帶時,減少的能量可能會以光的形式釋放出來。這種過程是制造發(fā)光二極體(light-emitting diode, LED)以及半導體激光(semiconductor laser)的基礎(chǔ),在商業(yè)應(yīng)用上都有舉足輕重的地位。而相反地,半導體也可以吸收光子,透過光電效應(yīng)而激發(fā)出在價帶的電子,產(chǎn)生電訊號。這即是光探測器(photodetector)的來源,在光纖通訊(fiber-optic communications)或是太陽能電池(solar cell)的領(lǐng)域是最重要的元件。
半導體有可能是單一元素組成,例如矽。也可以是兩種或是多種元素的化合物(compound),常見的化合物半導體有砷化鎵(gallium arsenide, GaAs)或是磷化鋁銦鎵(aluminium gallium indium phosphide, AlGaInP)等。合金(alloy)也是半導體材料的來源之一,如矽鍺(silicon-germanium, SiGe)或是砷化鎵鋁(aluminium gallium arsenide, AlGaAs)等。
在形成晶體結(jié)構(gòu)的半導體中,人為地摻入特定的雜質(zhì)元素,導電性能具有可控性。
在光照和熱輻射條件下,其導電性有明顯的變化。