Półprzewodniki, jak sama nazwa wskazuje, są substancjami klasyfikowanymi pomiędzy przewodnikami a izolatorami. Przypomnijmy że izolatory (dielektryki) są to substancje nie przewodzące prądu elektrycznego, cechujące się bardzo wysoką opornością. Jako ich przeciwieństwo przewodniki mają bardzo małą oporność, co jest zasługą elektronów swobodnych umożliwiających przepływ prądu. W zależności od warunków w których się znajduje półprzewodnik zaczyna wykazywać właściwości dielektryczne lub przewodzące. Akcja przewodnictwa jest możliwa dzięki mniejszej od dielektryków szerokości pasma zabronionego ( Wg < 2eV ). Półprzewodniki wykorzystywane do ściśle określonych zastosowań posiadają modulowaną w procesie produkcyjnym zdolność przewodzenia, na przykład poprzez wprowadzenie odpowiedniego domieszkowania lub dzięki utrzymaniu procesu technologicznego w odpowiedniej temperaturze. Najpopularniejsze materiały półprzewodnikowe wykorzystywane w przemyśle to: krzem, arsenek galu, german oraz antymonek galu.

Zjawisko przepływu prądu przedstawmy na przykładzie czterowartościowego germanu. Przypomnijmy, że czterowartościowy pierwiastek posiada na swojej ostatniej powłoce cztery elektrony walencyjne. Dzięki tej właściwości kryształ germanu stanowi uporządkowaną strukturę podstawowych atomów, z których każdy jest jednakowo oddalony od czterech sąsiednich. Połączenia międzyatomowe tego rodzaju nazywamy wiązaniami kowalencyjnymi. Jeżeli zbadamy ten sam kryształ w temperaturze bliskiej zera stopni Kelvina, mamy do czynienia z silnymi wiązaniami międzyatomowymi, nie można zaobserwować swobodnych elektronów, które mogłyby być nośnikami prądu. Stopniowo zwiększając temperaturę elektrony z zewnętrznej powłoki uzyskują energię wystarczającą do przerwania sił międzyatomowych trzymających je w "ryzach" i od tej pory uzyskują status elektronów swobodnych. Na miejscu elektronów swobodnych, które wzięły udział w zjawisku przewodnictwa, powstają tzw. dziury. Nie można powiedzieć, że są one fizycznymi cząstkami, stanowią bowiem puste miejsca po zwolnionych elektronach. Dziury odznaczają się ładunkiem dodatnim, przez co wypadkowa równowaga ładunku zostaje zachowana (liczba elektronów równa jest liczbie dziur, o ile bierzemy pod uwagę niedomieszkowany materiał półprzewodnikowy). Po przyłożeniu pola elektrycznego polaryzującego obszar półprzewodnika, obserwujemy przepływ elektronów w jedną stronę i takiej samej ilości pustych miejsc - dziur w drugą. Jako, że nie wszystkie elektrony walencyjne stają się swobodnymi, nie należy się spodziewać otrzymania prądów o dużych natężeniach. Również drgania cieplne sieci krystalicznej dostarczają elektronom energię powodującą zaistnienie zjawiska przewodnictwa. Przy niewyrównanych ilościach dziur i elektronów można zaobserwować tzw. prąd dyfuzyjny (dyfuzja to samoistne przemieszczanie się z obszaru o większym stężeniu do obszaru o stężeniu mniejszym).

Półprzewodniki możemy podzielić na samoistne np. czysty krzem i te domieszkowane odpowiednimi pierwiastkami zmieniającymi właściwości fizyczne kryształu. Domieszkując czterowartościowy krzem pierwiastkiem pięciowartościowym np. fosforem otrzymujemy jeden dodatkowy elektron swobodny. Fosfor nazywamy w tym przypadku donorem, a półprzewodniki o takim typie domieszkowania nazywamy półprzewodnikami typu n (negative). Po domieszkowaniu krzemu pierwiastkiem trójwartościowym np. indem, krzem musi dostarczyć jeden elektron swobodny. Dzięki temu następuje pełne wysycenie wiązania, a na miejscu elektronu zostaje dziura. W takim typie domieszkowania ind nazywamy akceptorem a półprzewodnik jest półprzewodnikiem typu p (positive). Występuje więc przewodnictwo dziurowe.

Cały postęp technologiczny który się dokonał w ostatnich kilkudziesięciu latach, był możliwy dzięki umiejętnemu domieszkowaniu i łączeniu ze sobą obszarów półprzewodnikowych typu n i typu p. Podstawowym budulcem większości elementów elektronicznych, w tym także skomplikowanych układów scalonych jest złącze n-p. Omówmy teraz podstawowe elementy elektroniczne oparte na złączach n-p.:

1) Dioda półprzewodnikowa

Zanim podepniemy zasilanie złącze p-n znajduje się w stanie równowagi. Prąd dyfuzyjny elektronów z obszaru typu n jest równoważony przez prąd unoszenia elektronów z obszaru typu p. W przypadku prądu dziurowego sytuacja jest analogiczna. Podłączamy dodatni biegun zasilania z warstwą typu p, natomiast ujemny z warstwą typu n, co spowoduje zwiększenie prądu dyfuzyjnego elektronów i dziur do obszarów o mniejszej koncentracji. Możliwe jest to dzięki obniżeniu bariery potencjału. Mówimy, że złącze zostało spolaryzowane w kierunku przewodzenia. Co by się stało jeśli podpięlibyśmy odwrotnie bieguny zasilania? Bariera potencjału zostałaby jeszcze bardziej zwiększona co spowodowałoby uniemożliwienie zjawiska prądu dyfuzyjnego, otrzymalibyśmy jedynie niewielki prąd wsteczny. W takim wypadku mówimy, że dioda została spolaryzowana w kierunku zaporowym. Właściwość ta jest jedną z przyczyn stosowania diod tzw. prostowniczych. Przewodzą one prąd w jednym kierunku, natomiast nie pozwalają na przepływ prądu w drugą stronę. Umożliwia to wyprostowanie prądu zmiennego o przebiegu sinusoidalnym, wszystkie ujemne połówki sinusoidy zostają obcięte. Istnieje również pewien rodzaj diody, który jest specjalnie przystosowany do działania w stanie zaporowym - jest to dioda stabilizacyjna. Dzięki jej odpowiednio ukształtowanym charakterystykom prądowo - napięciowym znakomicie nadaje się do pełnienia roli stabilizatora napięcia, niezależnie od przepływającego przez nią prądu.

2) Tranzystor

Jednym z najlepiej rozpoznawalnych elementów elektronicznych jest tranzystor. Jest to element najczęściej trójkońcówkowy lub czterokońcówkowy, składający się z dwóch złącz n-p. W zależności od tego w jakiej konfiguracji ułożymy te złącza możemy wyróżnić tranzystory typu n-p-n i p-n-p. Omówmy bardziej szczegółowo tranzystor typu n-p-n. Wyprowadzenie pierwszego obszaru typu n to tak zwany emiter. To przez niego strumień elektronów wpływa do tranzystora. Obszar typu p nazywamy bazą natomiast ostatni obszar typu n stanowi kolektor. Zazwyczaj stały strumień elektronów który wpływa do emitera, jest następnie sterowany zmiennym prądem bazy. Na wyjściu kolektora otrzymujemy zatem odpowiedni niewielki prąd który docierał do bazy, teraz znacznie wzmocniony. Tranzystor jest więc wzmacniaczem, bez którego ciężko sobie wyobrazić współczesną elektronikę.

3) Tyrystor

Tyrystor jest elementem elektronicznym składającym się z czterech warstw półprzewodnikowych (struktura p-n-p-n). Podobnie jak dioda przewodzi prąd tylko w jedną stronę, ale możemy wyróżnić dodatkowy stan blokowania. Gdy tylko nastąpi podwyższenie poziomu napięcia polaryzującego do odpowiedniego poziomu tyrystor przechodzi w stan przewodzenia, zachowując się jak zwykła dioda. Należy zauważyć, że napięcie podtrzymania stanu przewodzenia jest wielokrotnie mniejsze, od wywołującego przełączenie. Dzięki dodatkowej bramce można sterować momentem przełączania ze stanu blokowania do stanu przewodzenia.

4). Triak

Triak jest rodzajem dwukierunkowego tyrystora, który dzięki antyrównoległej konstrukcji (n-p-n-p oraz p-n-p-n) umożliwia sterowanie sygnałów zmiennoprądowych. Można więc wyróżnić po dwa zakresy blokowania i przewodzenia w zależności od polarności napięcia polaryzującego.

5) Fotodioda półprzewodnikowa

Fotodioda zbudowana jest w zasadzie jak najzwyklejsza dioda półprzewodnikowa, pracująca w zakresie zaporowym. W jej obudowie jednak wycięto mały otwór przez który pada światło. W zależności od natężenia padającego światła prąd wsteczny zaczyna się zmieniać i następuje polaryzacja złącza n-p, należy również zaznaczyć, że wartość prądu wstecznego nie zależy od napięcia zasilania. Prąd generowany przez fotodiodę jest niewielki, dlatego stosuje się ją do pomiarów światła o dużym natężeniu. Do precyzyjnych pomiarów wykorzystuje się fototranzystory.

6) Termistor

Termistor jest przyrządem półprzewodnikowym, którego rezystancja zależy od temperatury. Dzięki tej właściwości jest często wykorzystywany jako prosty czujnik temperatury w rozmaitych urządzeniach, także domowego użytku.

7) Układ scalony

Najwyższy stopień skomplikowania we współczesnej elektronice stanowią układy scalone. Na jednym podłożu są nanoszone tysiące a nawet miliony struktur półprzewodnikowych tworzących wypadkowo ogromne ilości diod, tranzystorów. Współpracując one ze sobą, wykonując skomplikowane operacje. Przykładem układów scalonych są różnego rodzaju procesory, pamięci, bramki logiczne itd.