전기전도도(電氣傳導度)가 도체와 절연체의 중간 영역이며, 금속과 절연체의 중간적인 전기저항을 가진 물질로서, 대개 강한 온도의존성을 나타내는 결정성(結晶性)물질. 금속과 같은 도체(전기전도도 10~10cm)와 유리·자기(磁器) 등과 같은 절연체(10~10cm 정도)에 비해 약하긴 하지만 약간의 전기전도성(예컨대 10~10cm 정도)을 나타내는 물질을 통틀어 반도체라고 한다.

반도체의 특징은 이러한 전기전도도의 크기보다는 오히려 그 전기적성질이 온도나 미량의 불순물의 존재 등에 의해 크게 변하므로 여러 가지로 응용된다.

반도체적인 성질은 1830년대에 M. 패러데이가 황화은(AgS)에서 발견했다.

그 후 양자역학의 발전과 함께 1930년대에는 그 기본적인 전도기구(傳導機構)도 거의 밝혀졌다.

1948년의 J. 바딘, W. H. 브래튼, W. 쇼클리에 의한 게르마늄 트랜지스터의 발명은 획기적인 의미를 가진다.

(1) 금속·절연체 : 1개의 원자 내에서 전자에너지는 마음대로 그 값을 취할 수 없고 띄엄띄엄 떨어져 있는 이산적(離散的)인 값을 취하게 되지만[그림 2-(a)], 결정 내의 전자는 그 내부를 돌아다닐 수 있기 때문에 그 운동상태에 따라 여러 가지 에너지값을 취할 수 있고 그 범위가 [그림 2-(b)]와 같은 밴드 모양이 된다.

즉, AB, CD, EF가 취하는 에너지값의 범위이다.

BC, DE 등의 범위에서는 에너지값을 취할 수 없는데, 이들을 금지대(禁止帶 ; 갭)라고 한다.

AB, CD, EF의 각 영역에 있는 전자 상태의 수는 정해져 있으므로 여기에 수용되는 전자의 수도 파울리의 배타원리에 의해 정해진다.

어느 밴드도 결정의 단위격자당 2전자의 비율이다.

전자가 정확히 어느 밴드의 상단까지 완전히 채워지고, 갭을 건너 그 위의 밴드가 비어 있을 경우 그 결정은 절연체가 된다([그림 3-(a)] 그림자 부분이 차 있다).

[그림 3-(b)]와 같이 부분적으로 채워진 밴드가 있을 경우 전자의 가속이 가능하며 결정은 금속이 된다.

(2) 진성반도체 : [그림 3-(a)]의 상태는 결정의 최저에너지의 상태이며, 안정하다.

그러나 충만대상단과 비어 있는 밴드 사이의 갭(E)이 작은 결정인 경우에는, 온도가 올라가면 어느 정도의 전자가 열에너지를 받아 충만대에서 비어 있는 위의 밴드(전도대)로 올라가게 된다[그림 4-(a)].

전도대로 올라간 전자는 전도전자(傳導電子)가 되어 전기전도성을 일으킨다.

이때 충만대에는 전도전자와 같은 수의 빈 자리(구멍)가 생기게 된다.

이 빈 구멍을 통해 전자의 이동이 가능하게 되며 이것도 전기전도에 기여하게 된다.

이 빈 구멍은 외견상 양(+)의 전하를 가지므로, 이것을 양공(陽孔) 또는 홀(hole)이라고 한다.

전도전자와 양공을 반송자(搬送子 ; carrier)라고 한다.

반송자의 수는 온도의 상승과 함께 급격히 늘어나며, 전기전도도도 급등한다.

이와 같은 물질이 진성반도체(고유반도체)이다.

(3) 불순물반도체 : 가장 잘 알려져 있는 것은 5가(P, As 등) 또는 3가(B, Ga, In 등)의 원자를 불순물로 가한(도프<dope>) 실리콘이나 게르마늄의 결정이다.

불순물원자는 결정 중의 모체원자의 자리에 바꾸어 들어가게 된다.

실리콘이나 게르마늄은 4가이므로 5가인 인(P)이 들어가면 원자가전자가 1개 남게 되고 이 남는 전자는 전도대로 들어가게 된다.

나중에 P이 남게 되고, 전도대의 전자는 원소원자에서의 전자와 같이 P에 끌려 그 주위에 포획된다.

이런 경우에는 [그림 4-(b)]와 같이 전도대 하단 바로 아래에 전자를 빼앗긴 에너지 준위(공여체 준위)가 형성되어 있으며, 온도가 어느 정도 상승되면 전도전자를 방출한다.

일반적으로 어떤 불순물원자나 원자배열의 혼란 등이 존재하면 그 주위에 새로운 에너지준위가 충만대와 전도대 사이의 금지대에 생겨 전자를 전도대로 방출하거나, 충만대에서 전자를 받아 양공을 만든다.

전자를 공여체(도너), 후자를 수용체(억셉터)라고 한다.

공여체나 수용체에서의 반송자가 전기전도성을 지배하는 것 같은 반도체가 불순물반도체이다.

전기전도의 주역이 음(-)전하를 가진 전도전자, 또는 양(+)전하를 가진 양공에 따라, 각 n형 반도체, p형 반도체라고 구분한다.