Напівпровідники по провідності електричного струму знаходяться між провідниками і діелектриками. Це пов'язано з розподілом енергетичних рівнів. Для того, щоб зрозуміти як саме виникає провідність напівпровідників розглянемо енергетичну діаграму ізольованого атома.
З квантової механіки відомо, що електрони атома можуть мати тільки дискретними (певними) значеннями енергії і в зв'язку з цим знаходиться, тільки на певних енергетичних рівнях.
При відсутності зовнішніх впливів нижні енергетичні рівні заповнені. При цьому електрони, які знаходяться на них, мають меншою енергією, ніж ті, які знаходяться на верхніх рівнях. Але якщо якимось чином повідомити електронам енергію, наприклад тепловою дією, то електрони, які отримали енергію не зможуть залишатися на нижніх рівнях і будуть переходити на верхні. При цьому, атом буде переходити в збуджений стан. Якщо кількість енергії досить велике, то електрони і зовсім можуть покинути атом, і тим самим його іонізувати.
Але в речовині атом, не може бути один. Він знаходиться в тісному зв'язку з іншими атомами. У групі таких атомів (припустимо, група з 4 атомів) відбувається взаємодія один з одним, завдяки якому енергетичні рівні зміщуються і утворюються підрівні. Ці підрівні утворюють так звані дозволені зони, і число цих підрівнів в одній зоні, дорівнює кількості атомів в групі. У металів, які мають кристалічну решітку, число атомів в групі велике, тому дозволена зона також велика.
Кількість енергії між дозволеними зонами, називається забороненою зоною. Причому, ця заборонена зона у провідників може бути відсутнім, як раз через велику дозволеної зони. Тому енергетична діаграма провідників суцільна. Можна зробити висновок, що чим більше число атомів в групі, тим більше дозволена зона, і тим більше кількість електронів які можуть вільно переміщатися по кристалу і створювати електричний струм. Той факт, що заборонена зона існує, ділить всі матеріали по типу провідності на три види - провідники, напівпровідники і діелектрики.
На енергетичної діаграмі показані верхні дозволені зони, між якими знаходиться заборонена зона. Причому нижня зона називається валентною зоною, а верхня зоною провідності.
Так як в металах заборонена зона практично відсутній, то досить повідомити невелику порцію енергії електронам валентної зони, щоб вони перейшли в зону провідності. У напівпровідниках інша справа. Їх заборонена зона лежить в межах від 0,1 до 3 еВ, тому їх провідність гірше, ніж у провідників. А у діелектриків ширина забороненої зони лежить в межах від 4 до 10 еВ і провідність їх вкрай мала.
Розглянемо, що відбувається всередині кристала кремнію. Нагадаємо, що атом кремнію має 4 валентних електрони, завдяки чому утворює ковалентний зв'язок з чотирма найближчими атомами.
При підвищенні температури, електрон отримує кількість енергії, яке вистачає щоб "перескочити" з валентної зони в зону провідності і відділяється від атома. Він починає переміщатися по кристалу і брати участь у взаємодії з іншими атомами. На місці, з якого пішов електрон, залишився нескомпенсований позитивний заряд - дірка. На місце дірки приходить інший електрон, таким чином, ковалентний зв'язок відновлюється в одному місці, але порушується в іншому. Так, дірка переміщається по кристалу і рухається вона протилежно руху електронів. Рух електронів і дірок всередині чистого напівпровідника називається власною провідністю.
Процес утворення нових носіїв називається термогенерации. Але може статися так, що вільний електрон займе місце дірки, таким чином відбудеться - рекомбінація. При динамічній рівновазі число виникають носіїв дорівнює числу рекомбінуючих.