В одиночном атоме электроны занимают дискретные уровни энергии. В кристалле уровни сливаются в зоны. Нас интересуют две: валентная зона (электроны связаны с атомами) и зона проводимости (электроны свободны и могут переносить ток). Между ними — запрещённая зона шириной E_g.
У кремния E_g ≈ 1,12 эВ, у германия ≈ 0,66 эВ, у арсенида галлия ≈ 1,42 эВ. У металлов запрещённой зоны фактически нет, поэтому они всегда проводят. У диэлектриков E_g велика (у алмаза ≈ 5,5 эВ), и перебросить электрон через неё трудно.
При T > 0 K тепловая энергия выбивает часть электронов из валентной зоны в зону проводимости. На месте ушедшего электрона остаётся дырка — положительно заряженная вакансия, которая тоже переносит ток. В чистом кремнии число свободных электронов n равно числу дырок p: это собственная (собственная, intrinsic) проводимость. Концентрация носителей n_i ≈ 1,0·10¹⁰ см⁻³ при 300 K — это очень мало, поэтому чистый кремний почти не проводит.