Halbleiter-Bandstruktur
Siehe elektrische Leitung und Halbleiter für eine ausführlichere Beschreibung der Bandstruktur.
In Festkörpern hängt die Fähigkeit der Elektronen, als Ladungsträger zu wirken, von der Verfügbarkeit freier elektronischer Zustände ab. Dies ermöglicht den Elektronen, ihre Energie zu erhöhen (d. h. zu beschleunigen), wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. In ähnlicher Weise ermöglichen Löcher (leere Zustände) im fast gefüllten Valenzband ebenfalls die Leitfähigkeit.
Die elektrische Leitfähigkeit eines Festkörpers hängt also von seiner Fähigkeit ab, Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband zu leiten. Im Falle eines Halbmetalls mit einem Überlappungsbereich ist die elektrische Leitfähigkeit daher hoch. Bei einer kleinen Bandlücke (Eg) ist der Elektronenfluss vom Valenz- zum Leitungsband nur möglich, wenn von außen Energie (Wärmeenergie usw.) zugeführt wird; diese Gruppen mit kleiner Eg werden als Halbleiter bezeichnet. Ist das Eg ausreichend hoch, dann ist der Elektronenfluss vom Valenz- zum Leitungsband unter normalen Bedingungen vernachlässigbar; diese Gruppen werden als Isolatoren bezeichnet.
Es gibt jedoch eine gewisse Leitfähigkeit in Halbleitern. Dies ist auf die thermische Anregung zurückzuführen – einige der Elektronen erhalten genug Energie, um die Bandlücke auf einmal zu überspringen. Sobald sie sich im Leitungsband befinden, können sie Strom leiten, ebenso wie das Loch, das sie im Valenzband zurückgelassen haben. Das Loch ist ein leerer Zustand, der den Elektronen im Valenzband einen gewissen Freiheitsgrad lässt.