Aineen sähköjohtavuus määräytyy atomirakenteen perusteella. Johtimet ovat yleensä edullisia elementtejä, ja niiden syrjäisimmät elektronit on helppo irrottaa ytimestä vapaiksi elektroneiksi, jotka tuottavat suunnanliikkeen ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta sähkövirran muodostamiseksi. Atomit ja sitovat voimat vaikuttavat voimakkaasti korkeisiin hintoihin (kuten inertteihin kaasuihin) tai suurimolekyylisiin aineisiin (kuten kumiin), syrjäisimpiin elektroneihin, ja on vaikea tulla vapaiksi elektroneiksi, joten johtavuus on erittäin huono ja siitä tulee eriste. Yleisesti käytettävät puolijohdemateriaalit, pii (Si) ja germanium (Ge) ovat tetravalentteja elementtejä, ja niiden syrjäisimmät elektronit eivät ole niin helppoja päästä pois ytimestä kuin johtimet, eikä niin tiukka kuin eristimet sitovat ydintä. Johtavuus on jossain välissä.
Puhdas puolijohde valmistetaan yhdeksi kiteeksi tietyn prosessin kautta. Tämä on sisäinen puolijohde. Kristallin atomit muodostavat hyvin sovitetun tyynyn avaruudessa ja vierekkäiset atomit muodostavat kovalenttisia sidoksia.
Kovalenttisella sidoksella kiteessä on vahva sitova voima. Siksi normaalilämpötilassa vain hyvin pieni määrä valenssielektroneja saa riittävästi energiaa lämpöliikkeen (terminen herätys) vuoksi, murtamalla siten kovalenttisesta sidoksesta vapaaksi elektroniksi. . Kollegani, jättäen aukon kovalenttiseen sidokseen. Atomi on positiivisesti varautunut valenssielektronin menetyksellä tai reikä on varautunut positiivisesti. Sisäisessä puolijohdossa vapaat elektronit ja reiät näyttävät olevan hyväksyttyjä, eli vapaiden elektronien ja reikien määrä on yhtä suuri.
Jos vapaa elektroni kohtaa liikkeen aukkoon, se täyttää ontelon ja tekee molemmat katoavat samanaikaisesti. Tätä ilmiötä kutsutaan vaatimustenmukaisuudeksi. Tietyissä lämpötiloissa sisäinen herätys tuottaa vapaan elektronin ja reiän parin, joka on yhtä suuri kuin vastaavien vapaiden elektronien ja reikien parien lukumäärä, jolloin saavutetaan dynaaminen tasapaino.
Band-teoria:
1. Kun yhden atomin elektronit liikkuvat ytimen ympärillä, kussakin kiertoradassa olevilla elektroneilla on jokin tietty energia;
2. Mitä lähempänä ytimen kiertorata on, sitä alhaisempi elektronienergia;
3. Minimienergian periaatteen mukaan elektroneilla on aina alhaisin energian taso.
4. Valenssielektronien käytössä olevaa energiakaistaa kutsutaan valenssikaistaksi.
5. Valenssikaistan yläpuolella on kielletty nauha. Sähköillä ei ole energian tasoa kielletyssä bändissä.
6. Kielletty vyöhyke IQ on johtavuusnauha. Energiataso johtavuuskaistalla on energian taso, jota vapaa elektroni voi käyttää, kun hintaelektroni katkeaa kovalenttisesta sidoksesta.
7. Kiellettyä kaistanleveyttä ilmaisee Eg, ja sen arvo liittyy tekijöihin, kuten puolijohdemateriaaliin ja lämpötilaan, johon se sijoitetaan.