Halfgeleiders zijn materialen met een elektrische geleidbaarheid die tussen die van geleiders en isolatoren ligt. Ze worden gebruikt in een grote verscheidenheid aan elektronische apparaten, waaronder transistors, diodes, geïntegreerde schakelingen en zonnecellen.

Halfgeleiders zijn doorgaans gemaakt van elementen uit groep IV van het periodiek systeem, zoals silicium, germanium en koolstof. Deze elementen hebben vier valentie-elektronen, wat betekent dat elk atoom vier elektronen heeft die kunnen worden gedeeld met naburige atomen. Wanneer twee atomen een elektron delen, vormen ze een covalente binding.

In een zuivere halfgeleider zijn alle valentie-elektronen betrokken bij covalente bindingen, dus er zijn geen vrije elektronen die stroom kunnen geleiden. Als er echter een onzuiverheidsatoom aan de halfgeleider wordt toegevoegd, kan deze een elektron doneren of accepteren, waardoor een gratis ladingsdrager ontstaat.

Donoren zijn onzuiverheden die elektronen doneren, zoals fosfor en arseen. Acceptanten zijn onzuiverheden die elektronen accepteren, zoals boor en gallium. Het type onzuiverheid bepaalt het type halfgeleider:

* N-type halfgeleiders zijn halfgeleiders die zijn gedoteerd met donoronzuiverheden, dus ze hebben een hoge concentratie aan vrije elektronen.

* P-type halfgeleiders zijn halfgeleiders die zijn gedoteerd met acceptoronzuiverheden, waardoor ze een hoge concentratie aan vrije gaten hebben (lege elektronenposities).

Wanneer een N-type halfgeleider en een P-type halfgeleider zijn met elkaar verbonden, een PN-knooppunt wordt gecreëerd. PN-overgangen zijn de basisbouwstenen van transistors en diodes.

Transistoren zijn elektronische schakelaars die kunnen worden gebruikt om elektronische signalen te versterken of te schakelen. Diodes zijn elektronische apparaten die stroom slechts in één richting laten stromen.

Halfgeleiders zijn essentieel voor moderne elektronica. Ze worden gebruikt in een grote verscheidenheid aan apparaten, van eenvoudige lichtschakelaars tot complexe computers.