u yapımında da kullanılırlar. [7]

Çok fazla sayıda element ve bileşik yarı iletkenlik özelliklerine sahiptir. Bunlar: [8] 
En yaygın yarı iletkenler kristal katılardır fakat bunun yanı sıra amorf veya sıvı yarı iletkenler de bilinmektedir. Selenyum ve tellürün farklı oranları, hidrojenli amorf silikon ve arsenik karışımları bunlardan birkaçıdır. Bahsedilen bileşiklerin ara seviye iletkenlik, sıcaklıkla birlikte hızlı iletkenlik değişimi ve nadir olarak negatif dirence sahip olma gibi özellikleri, bilinen diğer yarı iletkenler ile ortaktır. Bu tarz düzensiz malzemeler, silikonun sahip olduğu gibi sıradan kristal yarı iletken yapısından yoksundurlar. Safsızlığa veya radyasyon hasarına karşı nispeten daha duyarsız oldukları için genellikle yüksek elektronik kalite veya hassasiyet gerektirmeyen ince film yapılarında kullanılırlar.

Yarı iletkenler entegre devrelerin en önemli yapıtaşları olduğu için bugünkü teknolojik aletlerin neredeyse tamamı yarı iletkenlerden faydalanıyor. Entegre devre içeren cihazlara; dizüstü bilgisayarlar, tarayıcılar, cep telefonları gibi yaygın örnekler verilebilir. Entegreler için yarı iletkenler seri üretimle üretilir. İdeal bir yarı iletken üretebilmek için kimyasal saflık öncelikli şarttır. Kullanılan malzemelerin boyutları da düşünüldüğünde, en ufak bir kusur dahi materyalin nasıl davrandığına oldukça yıkıcı bir etki yapabilir. [5]
Kristal yapısındaki kusurlar (çizgisel, düzlemsel kusurlar ve ikiz kristaller) malzemenin yarı iletkenlik özelliklerine etki edebileceğinden dolayı yüksek düzeyde bir kristal mükemmeliyet de önemlidir. Kristal kusurları, yarı iletken malzemenin kusurlarının temel sebeplerindendir. Kristalin büyüdükçe aranan kusursuzluğa ulaşmak da o zorlaşır. Günümüzde seri üretim tekniklerinde ise ince diskler halinde dilimlenmiş 100-300 nm çaplı silindir külçeleri kullanılır.
Entegrelerde kullanılacak yarı iletkenlerin üretimi için mevcut yarı iletken üretim işlemlerinin karması olan bir yöntem kullanılır. Bu yöntemlerden ilki termal oksidasyon yöntemidir. Termal oksidasyon yöntemi ile silikonun yüzeyinde bir silikon dioksit tabakası oluşturulur ve alınan ürün “Gate Insulator” veya “Field Oxide” olarak kullanılır. Sıra, “Photomask” ve “Photolithography” olarak adlandırılan ve devrenin şeklinin malzeme üzerinde oluşturulmasını sağlayan işlemler gelir. Materyalin üzerinde şeklin oluşmasını sağlayan ışığa duyarlı maddenin yüzeyine ultraviyole ışık kullanılarak devrenin çizimi yansıtılır ve ışığa duyarlı maddede kimyasal değişimler olduktan sonra sonuç alınır. [5]
Sıradaki işlem aşındırma. Bir önceki basamakta silikonun ışığa duyarlı malzeme ile kaplanmamış olan yüzeyi bu aşamada asit kullanılarak kazınabilir. Günümüzde ağırlıklı olarak plazma ile kazıma yöntemi tercih edilir. Plazma kazıma yönteminde düşük basınç altında aşındırıcı bir plazma gazı kullanılır. Freon veya kloroflorokarbonlar kullanılan aşındırıcı plazma gazlarına örnek olarak verilebilir. Katot ve anot arasında oluşturulan yüksek frekanslı radyo voltajı gazın ortamda plazma haline geçmesini sağlar. Silikon ince disk (wafer) katot üzerinde yer alır ve plazma haline geçen gazdan saçılan pozitif yüklü iyonlar diske çarparlar. Sonuç olarak silikon madde an-izotrofik olarak aşındırılmış olur. [2] [5]
Son aşama difüzyon olarak adlandırılır ve yarı iletken malzemeye arzu edilen özelliklerin kazandırıldığı aşama bu aşamadır. Difüzyon aynı zamanda “doping” olarak da bilinir. Bu basamakta, p-n birleşme noktalarının oluşmalarını sağlayan saf olmayan atomlar eklenir. Bu saf olmayan atomları silikon ince disklerle bütünleştirmek için işlem 1100 C sıcaklığında bir ortamda gerçekleştirilir. Bu basamak da tamamlanıp yarı iletken oda sıcaklığına geri döndüğünde üretim süreci tamamlanmış olur. Artık yarı iletken malzeme entegre devredeki yerini almaya hazırdır. [2] [5]

Yarı iletkenler metal ve yalıtkan arasında yer alan benzersiz iletkenlik özellikleri ile tanımlanırlar. Bu maddeler arasındaki farklar elektronların yörüngedeki kuantum halleriyle anlaşılabilir. [9] Bu kuantum halleri maddenin elektron kuşağı yapısıyla bağlantılıdır. Elektrik iletkenliği ortaklaşa kullanılmış elektronların (madde boyunca var olan) sayısı ile artar. Fakat elektronların hareket edebilmesi için ilgili yörüngeler, sadece belli bir zaman boyunca bir elektron bulunduracak şekilde yarı dolu olmalıdır. [10] Eğer yörünge sürekli olarak bir elektron ile doluysa, başka bir ifadeyle inertse, diğer elektronların bu alanı kullanarak ilerlemeleri engellenmiş olur. Bir kuantum bölgesi ancak ve ancak enerjisi Fermi seviyesinde ise kısmi dolu olabileceği için bu kuantum bölgelerinin enerji seviyeleri kritiktir. (Bkz: Fermi-Dirac İstatistiği)
Bir maddenin iyi bir iletken olması fazla sayıda kısmi dolu ve ortaklaşa kullanılmış orbitaller içermesinden ileri gelir. Metaller fazla sayıda enerjisi Fermi seviyesine yakın olan kısmi dolu yörüngelere sahip oldukları için elektriği iyi iletirler. Tersine, yalıtkanlar az sayıda kısmi dolu yörüngeye sahiptirler ve yalıtkanların Fermi seviyeleri elektron kuşaklarının enerji seviyeleri arasında yer almaktadır. Önemli olarak, bir yalıtkan ısıtılarak bir iletken haline getirilebilir. Çünkü ısıtma bazı elektronların enerji boşluğunu aşmaları için gereken enerjiyi sağlayabilir. Bunu değerlik kuşağının altındaki kısmi dolu yörüngeleri değerlik kuşağına, üstündekileri de iletken kuşağa taşıyarak yapar. Yapısal bir yarı iletken, oda sıcaklığında, bir yalıtkana göre daha küçük bir enerji boşluğu taşır ve bu de önemli sayıda elektronun boşluğu aşabilecek şekilde uyarılmasına olanak tanır. [11]
Fakat arı bir yarı iletken ne iyi bir iletken ne de iyi bir yalıtkan olduğu için kullanışsızdır. Ancak yarı iletkenlerin (ve bazı yarı yalıtkan olarak da bilinen bazı yalıtkanların) önemli özelliklerinden biri iletkenliklerinin “doping” (saf olmayan katkılar ilave edilmesi) veya “gating”(elektrik alan uygulanması) ile kontrol edilebilmesidir. Doping ve gating ya değerlik kuşağını ya da iletim kuşağını Fermi seviyesine yaklaştırarak kısmi dolu state lerin önemli bir oranda artmasını sağlar.
Enerji boşlukları nispeten daha geniş olan yarı iletkenler, yarı yalıtkanlar olarak da anılırlar. Katkısız olduklarında yalıtkanlara yakın bir iletkenliğe sahipken doping ile yarı iletken haline getirilebilirler. Yarı yalıtkanların mikro elektronikte HEMT substratı gibi uygun kullanım alanları vardır. Galyum arsenit yaygın bir yarı yalıtkan örneğidir. [12] Titanyum dioksit gibi bazı maddeler geniş enerji boşluklu yarı iletken olarak sınıflandırılmalarına karşın bazı alanlarda yalıtkan olarak da kullanılabilirler.

State in iletken kuşağın alt enerji bölgelerinde kısmi dolu oluşu bu kuşağa yeni bir elektron eklenerek anlaşılabilir. Elektronlar; termal rekombinasyondan dolayı hareketsiz durmazlar ve bir süre boyunca da belirsiz olarak gezinebilirler. Elektronların gerçekteki yoğunluğu da genellikle oldukça seyrektir. Bu sebeple iletim bandında yer alan elektronları tıpkı Pauli Dışarlama İlkesinden etkilenmeyen bir soy gaz elektronu gibi düşünmek mümkündür. Birçok yarı iletkenlerin iletim bandında parabolik saçılma etkileşimleri yer aldığından bu bölgedeki elektronlar baskın olarak elektrik ve manyetik kuvvetin etkisindedirler. Bundan ötürü farklı etkin kütleleri olmasına rağmen sanki vakumdaymış gibi davranırlar. [11] Elektronların ideal bir gaz gibi davranması, iletimi Drude modelinde olduğu gibi çok basit terimlerle veya elektron hareketi konsepti ile açıklanmasının mümkün olduğunu düşündürebilir.
Değerlik kuşağının üst enerji düzeyindeki kısmi dolu bölgeler oyuk kavramının açıklanmasına yardımcı olur. Değerlik bandındaki elektronlar sürekli hareketli olmalarına rağmen tam dolu bir değerlik bandı akımı iletmeyeceğinden dolayı inert olacaktır. Değerlik bandından bir elektron çıkarılırsa elektronun koparıldığı yörünge yükünü kaybedecektir. Elektrik akımının amacına göre; bir elektronu eksilmiş değerlik bandı, sanki artı yüklü tamamen boş bir yörüngeymiş gibi algılanacaktır. Değerlik bandın tepesinde yer alan elektronların negatif etkin kütlelerini de düşündüğümüzde; artı yüklü parçacığın elektrik ve manyetik alanlara normalde vakum altındaki tepkilerinin aynını vereceği bir modele ulaşacağız.[11] Bu parçacık bir oyuk olarak adlandırılır ve değerlik bandındaki oyuklar bilinen temel terimlerle de anlaşılabilir.

İyonlaştırıcı bir radyasyon yarı iletkene etki ettiğinde, bir elektronun uyarılıp kendi enerji seviyesini aşmasına ve bir oyuk oluşturmasına sebep olabilir. Bu işlem elektron-oyuk çifti oluşumu olarak bilinir. Elektron-oyuk çiftleri sabit olarak ısı enerjisinden üretildiği gibi herhangi bir dış enerji kaynağının yokluğunda da oluşabilir.
Elektron-oyuk çiftleri aynı zamanda rekombine olmaya da yatkındırlar. Enerjinin korunumu gereği, bir elektron enerji aralığından daha büyük bir enerji kaybederse rekombinasyonu ısı (fonon halinde) veya radyasyon (foton halinde) yayılması takip eder.
Bazı durumlarda, elektron-oyuk çiftlerinin oluşum ve rekombinasyonu dengelidir. Kararlı durumdaki elektron-oyuk çiftlerinin sayısı kuantum istatistik mekaniği tarafından belirlenir. Oluşum ve rekombinasyonun kesin kuantum mekaniği mekanizması enerjinin ve momentumun korunumuyla belirlenir.
Elektronların ve oyukların karşılaşma olasılığı çarpımlarıyla orantılı olduğundan, bu olasılık verilen bir sıcaklıktaki kararlı durumda sabittir. (herhangi bir elektrik alan olmadığını varsayarsak. Çünkü elektrik alan artı ve eksi yüklere etki edeceğinden dolayı karşılaşma olasılığına da etki edebilir.) Sıcaklık arttıkça çift oluşturmak için yeterli enerjiye ulaşma olasılığı da arttığından çarpım sıcaklığın (–EG/kT) gibi bir üstel fonksiyonu olacaktır. Burada k Boltzmann sabitini, T mutlak sıcaklığı ve EG bant genişliğini sembolize etmektedir.
Karşılaşma olasılığı; taşıyıcı tuzakları (safsızlık) veya çift oluşana kadar elektronu hapseden çizgisel kristal kusurlar tarafından artırılır. Bunlar gibi tuzaklar bazen kararlı hale geçmek için geçen süreyi azaltmak adına kasti olarak da eklenir.[1