원자들이 모여서 고체(solid)를 이루게 되면, 전자들이 가질 수 있는 에너지 값들이 띠와 같이 나타난다. 이를 에너지 띠라 한다. 따라서 전자들은 에너지 띠를 이루는 에너지 상태들을 낮은 에너지 상태에서부터 차례로 채워나가는데, 전자가 채우고 있는 가장 높은 에너지 띠(이를 valence band라 한다)의 꼭대기까지 정확하게 채우고 있으면 절연체(insulator)가 되며, 부분적으로 채우게 되면(이 경우 부분적으로 채우고 있는 에너지 띠를 conduction band라고 한다) 금속이 된다.

반도체는 절연체의 일종이나 valence band와 conduction band의 사이의 energy gap의 크기가 대략 1eV쯤 되는 물질이다. 이 경우 상온에서 열에너지에 의해 valence band에 있는 전자의 일부가 conduction band로 올라가서 약하게 전지를 통하게 되므로 반도체라 부른다. 그러므로 반도체는 열에 민감한 물질이다. 또한 반도체는 불순물에도 매우 민감하다. 불순물은 전자를 내놓는 donor(주로 5족 원소) 또는 전자를 받아들이 acceptor(주로 3족 원소)를 아주 약간 섞어 넣는 것을 말한다. 이 경우 donor가 가진 최외각 전자 하나는 쉽게 떨어져 나가 전기를 잘 전달한다. (acceptor는 다른 전자를 잘 받아들인다) 따라서 불순물을 가늘게 그려 넣는 방법으로 회로를 그릴 수 있다.

acceptor가 주입된 반도체를 p형 반도체, donor가 주입된 반도체를 n형 반도체라 한다. 이 두 형태의 반도체가 접합되어 있는 것을 다이오드라 부른다. 이 다이오드 양단에 전압을 걸어주어 n형에 있는 전자들이 p형 쪽으로 이동하면 conduction band의 전자들이 valence band로 떨어지면서 빛을 내게 된다. 이를 LED라고 한다. 최근에 각광 받고 있는 OLED (organic LED)는 재료를 실리콘 반도체 대신에 organic 물질을 이용해 LED를 만든 것으로, 재료가 플라스틱 처럼 고분자 화합물이므로 휘어지는 기판을 만들 수 있다.

• http://solid.hanyang.ac.kr/05na/05na07.htm