半導体の理論とその概要
一般的に、半導体は無機または有機材料であり、その導電性は化学構造、温度、照明、およびドーパントの存在によって制御されます。半導体という名前は、これらの材料が銅や金などの金属とガラスなどの絶縁体の間の電気伝導性を持っているという事実に由来します。これらは4eV未満（約1eV）のエネルギーギャップを有しています。固体物理学において、このエネルギーギャップまたはバンドギャップは、価電子帯と伝導帯の間のエネルギー範囲であり、電子状態が禁止されています。導体とは異なり、半導体の電子はバンドギャップを越えて伝導帯に到達するためにエネルギー（例えば、イオン化放射線から）を得る必要があります。半導体の特性は、価電子帯と伝導帯の間のエネルギーギャップによって決まります。
半導体の電子的帯構造
半導体の理論は、結晶格子構造内の電子とホールの振る舞いに基づいています。この理論は電子帯構造として知られています。電子帯構造（または単に帯構造）は、固体内で電子が持つことができるエネルギーレベルの範囲と、持つことができないエネルギーの範囲（バンドギャップまたは禁止帯と呼ばれる）を記述します。
半導体には、電子で完全に満たされた最高エネルギーバンドである価電子帯と、空であるか部分的に電子で満たされた次の高いエネルギーバンドである伝導帯があります。価電子帯と伝導帯の間のエネルギーギャップはバンドギャップと呼ばれます。絶対零度では、半導体のすべての電子は価電子帯にあり、伝導帯には自由電子がありません。しかし、室温またはそれ以上の温度では、価電子帯のいくつかの電子が熱エネルギーや外部エネルギー源（光や電界など）によって励起され、伝導帯にジャンプし、価電子帯にホールを残します。
半導体の結晶格子構造内でのこれらの自由電子とホールの動きは、量子力学の法則によって記述されます。これらの電荷キャリアの振る舞いは、結晶構造、ドーピング濃度およびタイプ、温度、および結晶格子内の不純物や欠陥の存在などの要因によって影響を受けます。
固有半導体と外部半導体
固有半導体は、自由電子とホールの数が完全にバランスしており、その導電率は自由電子とホールの固有濃度によって決まり、温度とともに指数関数的に増加します。不純物でドープされた外部半導体は、自由電子またはホールのはるかに高い濃度を有し、それによって導電率が大幅に増加し、電子デバイスに有用になります。
