Yarı iletkenler, modern elektronik cihazların temel bileşenleridir ve bu nedenle modern teknolojinin temel yapı taşlarından biridir. Bir yarı iletken malzeme olarak uygun olması için, bir maddenin çok az elektrik ileten izolatörlerin ve elektriğin çok kolay akmasını sağlayan iletkenlerin arasında kalan elektrik iletkenliğine sahip olması gerekir. Çoğu yarı iletken malzeme kristalli inorganik katıdır, ancak şekilsiz katı ve sıvılardan yapılan yarı iletkenler de mevcuttur. Yaygın yarı iletken malzemeler, diğerleri de mevcut olsa da silikon, galyum arsenit ve galyum nitrür içerir. Bu birincil malzemelere ek olarak, yarı iletkenler ayrıca dopantlar olarak bilinen az miktarda başka maddeler de içerir.
Yarı iletken bir materyalin iletkenliği, elektrik enerjisine, manyetik alanlara veya materyalin elektronlarının enerji seviyelerini yükselten diğer bazı uyaranlara maruz bırakılarak arttırılabilir; bu, bazılarının düşük enerjili değer bandından yüksek enerjiye, kalabalık iletim bandı. Bu, elektron delikleri adı verilen değerlik bandında pozitif yüklü boşluklar yaratırken, enerjilenmiş elektronların malzeme içinde daha serbestçe hareket etmelerini sağlar. Bu, elektriğin yarı iletkenden geçmesini sağlar. Bir yarı iletkenin iletkenliğini değiştirerek, bir anahtar olarak kullanılabilir. Yarı iletkenler ayrıca güneş enerjisi üretimi ve ışık algılayıcı sensörler için de kullanılır, çünkü gelen ışık fotonları tarafından uygun şekilde enerji verildiğinde bir elektrik akımı akışı üretebilirler.
En yaygın kullanılan yarı iletken malzeme silikon, Periyodik Tablodaki 14. element ve yer kabuğundaki en yaygın elementlerden biridir. Silisyum yarı iletkenlerinin çoğu, atomlarının düzenlendiği düzenli bir kristal yapıya sahiptir, ancak kristal olmayan veya şekilsiz silikon da kullanılabilir. Amorf silisyum yarı iletkenler, kristal silisyene kıyasla daha düşük bir performansa sahiptir, ancak amorf silisyum çok daha ince katmanlarda birikebilir ve bu da malzeme maliyetini azaltabilir.
Bir sonraki en yaygın yarı iletken malzeme galyum arsenit bileşiğidir (GaA'lar). Galyum arsenit, daha hızlı anahtarlama ve ısıya karşı daha fazla direnç gibi birçok açıdan silikondan üstündür. Bununla birlikte, aynı zamanda daha pahalıdır ve işlenmesi daha zordur ve genellikle silikonun yetersiz olduğu uygulamalar için kullanılır. Aynı zamanda daha yüksek güç tüketimi muzdarip. Galyum arsenit, yüksek hızlı elektronik ve yüksek verimli fotovoltaik hücreler gibi amaçlar için yaygın olarak kullanılır.
Yarı iletkenler için kullanılan bir başka gallium bileşiği, çok yüksek sıcaklıklarda ve gerilimlerde çalışabilen galyum nitrür (GaN) ve bu nedenle, genellikle mikrodalga içeren uygulamalar için kullanılır. Galyum nitrür ayrıca ışık yayan diyotlarda (LED'ler) ve yüksek frekanslı lazer diyotlarda ve bazı askeri radarlarda kullanılır. İndiyum galyum nitrür denilen bir karışım üretmek için başka bir yarı iletken malzemeyle, indiyum nitrür (InN) ile de birleştirilebilir. İndiyum galyum nitrür, LED'lerde yaygın olarak kullanılır ve ayrıca güneş hücreleri için son derece verimli bir materyal olabilir.
Yarı iletkenler, iletkenlik özelliklerini işlevlerine göre değiştirmek için sık sık küçük miktarlarda katkılı içerirler. Silikondaki yaygın katkı maddeleri bor, fosfor ve arsenik elementlerini içerir. Manganez gibi metallerle katkılı galyum arsenit ve galyum nitrür hem yarı iletken hem de ferromanyetik özelliklere sahiptir.
