Pusvadītāji ir vielas, kuras pēc elektriskajām īpašībām ieņem vidēju stāvokli starp vadītājiem un dielektriķiem, pie tam šīs elektriskās īpašības ir atkarīgas no ārējiem apstākļiem – temperatūras, apgaismojuma un spiediena. Paaugstinoties temperatūrai, pusvadītāja elektriskā pretestība samazinās. Plašāk izmantotie pusvadītāji ir germānijs, silīcijs, selēns un daži savienojumi – silīcija karbīds, kadmija sulfīds un gallija arsenīds.
Pusvadītājiem raksturīga kristāliska struktūra – precīzs un likumsakarīgs atomu izvietojums telpā. Šādu kristālisko struktūru sauc par kristālisko režģi. Šajā struktūrā atomi veido telpisku kristālrežģi un atrodas tā mezglu punktos. Atomu sakārtojumam kristālrežģī ir raksturīga tālā kārtība. Tas nozīmē, ja kādu no kristālrežģa mezgliem pieņem par atskaites sākuma punktu, tad telpā ap šo punktu neatkarīgi no attāluma līdz tam vienmēr ir periodiski izvietoti punkti, kuros atrodas kristālrežģa citi atomi.
Germānijs un silīcijs ir Mendeļejeva periodiskās sistēmas ceturtās grupas elementi. Tas nozīmē, ka katram elementam ir tikai četri valences elektroni, kas piedalās ķīmiskajās reakcijās vai elektrovadītspējas procesos.
Starp atomiem kristāliskajā režģī pastāv saites, kuras veido valences elektroni, kas atrodas mijiedarbībā ne tikai ar sava atoma, bet arī ar blakusesošā atoma kodolu. Germānija un silīcija kristālā divus blakusesošos atomus saista divi elektroni – pa vienam no katra atoma. Šādu saiti sauc par kovalento saiti. Abi elektroni vienlaikus pieder abiem savstarpēji saistītiem atomiem. Līdz ar to katra atoma ārējā čaulā it kā ir astoņi elektroni un tā kļūst par pilnīgi aizpildītu čaulu. Kristāliskajā režģī brīvo elektronu nav, tātad nav arī lādiņnesēju. Ja temperatūra ir vienāda ar absolūto nulli, tīra germānija un silīcija kristālam ir ideāla dielektriķa īpašības. Ārējo faktoru, piemēram, temperatūras iedarbībā atsevišķas kovalentās saites pārtrūkst, tādēļ pusvadītāja materiāla kristālā rodas brīvie elektroni, kas rada elektronvadītspēju. Elektronam atbrīvojoties no kovelentās saites, tā vietā rodas tukša vieta, to sauc par caurumu, kam piemēt pozitīvs elementārlādiņš, kas pēc absolūtās vērtības ir vienāds ar elektrona lādiņu. Kovalentās saites pārtrūkšanu un ar to saistīto elektrona un cauruma pāra izveidošanos sauc par lādiņnesēju ģenerāciju. Caurums ar savu pozitīvo lādiņu spēj piesaistīt elektronu no blakusesošās kovalentās saites, savukārt radot caurumu šajā saitē. Process nepārtraukti atkārtojas, tā rezultātā caurums kristāliskajā režģī pārvietojas. Tāpat pārvietojas pozitīvais elementārlādiņš. Cauruma aizpildīšanas procesā izzūd lādiņnesēju pāris – notiek lādiņnesēju rekombinācija. Ja nav ārējā elektriskā lauka, elektronu un caurumu pārvietošanās kļūst noteikta – rodas elektriskā strāva.
…
