Semikonduktor adalah komponen penting dari perangkat elektronik modern dan merupakan salah satu blok bangunan fundamental dari teknologi modern. Agar cocok sebagai bahan semikonduktor, suatu zat harus memiliki konduktivitas listrik yang terletak di antara isolator, yang menghantarkan listrik sangat sedikit, dan konduktor, yang memungkinkan listrik mengalir dengan sangat mudah. Sebagian besar bahan semikonduktor adalah padatan anorganik kristal, meskipun semikonduktor yang terbuat dari padatan dan cairan amorf juga ada. Bahan semikonduktor umum termasuk silikon, galium arsenida, dan galium nitrida, meskipun yang lain juga ada. Selain bahan utama ini, semikonduktor sering juga mengandung sejumlah kecil zat lain, yang dikenal sebagai dopan.
Konduktivitas bahan semikonduktor dapat ditingkatkan dengan memasukkannya ke energi listrik, medan magnet, atau rangsangan lain yang meningkatkan tingkat energi elektron bahan, menyebabkan beberapa di antaranya berpindah dari pita valensi berenergi rendah ke pita berenergi lebih tinggi, lebih sedikit. pita konduksi yang penuh sesak. Hal ini memungkinkan elektron berenergi untuk bergerak melalui materi lebih bebas sambil menciptakan celah bermuatan positif di pita valensi yang disebut lubang elektron. Hal ini memungkinkan listrik mengalir melalui semikonduktor. Dengan memanipulasi konduktivitas semikonduktor, itu dapat digunakan sebagai sakelar. Semikonduktor juga digunakan untuk pembangkit tenaga surya dan sensor pendeteksi cahaya, karena mereka dapat menghasilkan aliran arus listrik bila diberi energi yang sesuai oleh foton cahaya yang masuk.
Bahan semikonduktor yang paling umum digunakan adalah silikon, elemen ke-14 pada Tabel Periodik dan salah satu elemen paling umum di kerak bumi. Kebanyakan semikonduktor silikon memiliki struktur kristal yang teratur di mana atom-atomnya tersusun, tetapi silikon nonkristalin, atau amorf, juga dapat digunakan. Semikonduktor silikon amorf memiliki kinerja yang lebih rendah dibandingkan dengan silikon kristal, tetapi silikon amorf dapat disimpan dalam lapisan yang jauh lebih tipis, yang dapat menurunkan biaya material.
Bahan semikonduktor paling umum berikutnya adalah senyawa galium arsenida (GaAs). Gallium arsenide lebih unggul dari silikon dalam beberapa hal, seperti peralihan yang lebih cepat dan ketahanan yang lebih besar terhadap panas. Namun juga lebih mahal dan lebih sulit untuk diproses, dan biasanya digunakan hanya untuk aplikasi di mana silikon tidak memadai. Itu juga menderita dari konsumsi daya yang lebih tinggi. Gallium arsenide biasanya digunakan untuk keperluan seperti elektronik berkecepatan tinggi dan sel fotovoltaik efisiensi tinggi.
Senyawa galium lain yang digunakan untuk semikonduktor adalah galium nitrida (GaN), yang dapat berfungsi pada suhu dan tegangan yang sangat tinggi sehingga sering digunakan untuk aplikasi yang melibatkan gelombang mikro. Gallium nitrida juga digunakan dalam dioda pemancar cahaya (LED) dan dioda laser frekuensi tinggi, serta beberapa radar militer. Itu juga dapat dikombinasikan dengan bahan semikonduktor lain, indium nitrida (InN), untuk menghasilkan campuran yang disebut indium galium nitrida. Indium gallium nitrida umumnya digunakan dalam LED dan juga dapat menjadi bahan yang sangat efisien untuk sel surya.
Semikonduktor sering mengandung sejumlah kecil dopan untuk mengubah sifat konduktifnya sesuai dengan fungsinya. Dopan umum dalam silikon termasuk unsur boron, fosfor, dan arsenik. Gallium arsenide dan gallium nitrida yang didoping dengan logam seperti mangan memiliki sifat semikonduktor dan feromagnetik.