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物質按導電能力可分為導體、絕緣體和半導體。常見的半導體材料有硅(SI)、鍺(GE)、砷化鎵(GaAs)。硅和鍺都是四價元素，其原子外層有四個價電子，但這些電子受原子核吸引力很強，不能自由移動。
當受光照或者溫度升高時，少數價電子獲得足夠能量，能夠掙脫原子核的束縛自由移動，成為自由電子，在其原來的地方形成空位，稱為空穴。由于電中性，自由電子和空穴成對出現。
以上狀態我們稱之為激發，這里我們認為自由電子帶負電，空穴帶正電；自由電子在移動的同時，也可能和空穴相遇，重新被束縛起來，我們稱之為復合。一定溫度下，激發和復合并存，且速率一定，處于平衡狀態。
當溫度或者光照等外界能量給予不足時，激發數量不多，電子空穴對濃度低，在電場作用下，仍然不導電。但溫度或者光照強度加大時，電子空穴對濃度大為增加，導電能力也就大大增加。
利用此特性可以制成熱敏與光敏器件，比如熱敏/光敏電阻。