Por la física moderna, todas las sustancias pueden clasificarse en uno de los siguientes grupos, en cuanto a su comportamiento eléctrico: aislantes, conductores y semiconductores. Lo que determina en qué grupo se coloca una determinada sustancia es la banda de energía de su estructura atómica. Cada banda de energía puede contener sólo dos electrones.
Si las bandas de energía de una sustancia están llenas, la sustancia no puede recibir o donar electrones y con ello se comporta como un aislante. Si existe un electrón por banda, o si las bandas no están suficientemente espaciadas, los electrones pueden moverse a través del material y con ello se comporta como un conductor.
El caso intermedio ocurre si las pequeñas aberturas existen entre las bandas de energía rellenadas y las que tienen vagas, el material actúa como un aislante a bajas temperaturas y se convierte en un conductor cuando la temperatura se eleva. Este material es un semiconductor. Existen diversos materiales semiconductores como el silicio, germanio, galio y otros con propiedades adicionales que los hacen ideales para uso en electrónica. Son elementos que tienen cuatro electrones en la capa de Valencia cada uno.
Debido a las conexiones de valencia, ellos forman una estructura básica según la mostrada en la figura 1.
El cristal se mantiene cohesionado por el intercambio de los electrones entre los átomos. En un material conductor los electrones libres pueden moverse a través de la estructura bajo la acción de fuerzas eléctricas. Por otro lado, en un material semiconductor el trayecto posible para los electrones depende de la temperatura.
A medida que la temperatura se eleva más trayectorias se liberan y los electrones de alta energía pueden moverse a través de ellos. Un cristal de material semiconductor como silicio o germanio se compone de miles de millones de átomos unidos en una estructura similar a la que mostramos en la figura 1.
Los cristales de materiales semiconductores pueden crecer en condiciones especiales de laboratorio. Se les llama materiales intrínsecos y no tiene uso práctico. Sin embargo, si añadimos pequeñas cantidades de impurezas a estos materiales, esas impurezas tienen la capacidad de penetrar en la estructura y actuar a nivel atómico.
Hay dos tipos de impurezas que resultan en dos efectos diferentes sobre las propiedades eléctricas de la materia. Si una impureza con átomos de 5 electrones en la capa de valencia como el antimonio, boro o fósforo se añade al cristal, cada uno de los átomos tendrá un electrón de sobra en la capa de valencia, el cual no encontrará un socio para compartir su posición en el cristal .
El resultado es que tenemos una sobra de electrones en este material. Las sustancias en que sucede esto se denominan "donantes" y tienen un exceso de cargas negativas. Estos materiales se llaman semiconductores del tipo N (de negativo).
Si la sustancia añadida al cristal es un elemento con tres electrones en la capa de valencia, como por ejemplo el aluminio, galio o iridio, el resultado final será la presencia de agujeros o lagunas donde faltan electrones para llenar la capa de valencia. Los materiales de este tipo que pueden aceptar electrones se llaman "aceptores" y forman semiconductores del tipo P (de positivo).