Električna prevodnost snovi je določena z atomsko strukturo. Vodniki so na splošno nizkocenovni elementi in njihovi najbolj oddaljeni elektroni se z lahkoto ločijo od jedra v proste elektrone, ki proizvajajo usmerjeno gibanje pod vplivom zunanjega električnega polja, da tvorijo električni tok. Elementi z visokimi cenami (kot so inertni plini) ali visoko-molekularne snovi (kot je guma), njihovi najbolj oddaljeni elektroni so močno prizadeti z atomi in veznimi silami in težko postanejo prosti elektroni, zato je prevodnost izjemno slaba in postane izolator. Najpogosteje uporabljeni polprevodniški materiali, silicij (Si) in germanij (Ge), so tetravalentni elementi, njihovi najbolj oddaljeni elektroni pa niso tako enostavni za odcepitev od jedra kot vodniki, niti ne tako tesni, kot so izolatorji vezani na jedro. Vodljivost je nekje vmes.
Čisti polprevodnik je v določenem procesu izdelan v en sam kristal. To je notranji polprevodnik. Atomi v kristalu tvorijo dobro usklajen vzglavnik v vesolju, sosednji atomi pa tvorijo kovalentne vezi.
Kovalentna vez v kristalu ima močno vezavno moč. Torej, pri normalni temperaturi, le zelo majhno število valentnih elektronov pridobi dovolj energije zaradi toplotnega gibanja (toplotne vzbujanja), s čimer se iz kovalentne vezi razreže v prost elektron. . Moj kolega, pušča luknjo v kovalentni vezi. Atom je pozitivno nabite z izgubo valentnega elektrona ali pa je luknja pozitivno nabita. V notranjem polprevodniku se zdijo prosti elektroni in luknje sprejeti, to pomeni, da je število prostih elektronov in lukenj enako.
Če prosti elektron naleti na luknjo v procesu gibanja, bo zapolnil votlino in obenem izginil. Ta pojav se imenuje skladnost. Pri določeni temperaturi povzroči intrinsična ekscitacija prosti par elektronov in lukenj, ki je po številu enaka številu enakih prostih parov elektron in lukenj, s čimer doseže dinamično ravnovesje.
Teorija pasov:
1. Ko se elektroni v enem samem atomu gibljejo okoli jedra, imajo elektroni v vsaki orbiti vsako specifično energijo;
2. Bližje orbiti jedra, nižja je energija elektronov;
3. Po načelu minimalne energije imajo elektroni vedno najnižjo energetsko raven.
4. Energijski pas, ki ga zasedajo valenčni elektroni, se imenuje valenčni pas.
5. Nad valenčnim pasom je prepovedan pas. V prepovedanem pasu ni energije, ki bi jo zasedli elektroni.
6. Prepovedana cona IQ je prevodni pas. Energetska raven v prevodnem pasu je energijska raven, ki jo prosti elektron lahko zasede, ko se cenovni elektron odmakne od kovalentne vezi.
7. Prepovedana pasovna širina je izražena z Eg in njena vrednost je povezana s faktorji, kot je material polprevodnika in temperatura, pri kateri je nameščen.