自然界的物质，按照导电能力的强弱可分为导体、绝缘体和半导体三类。物质的导电性能决定于原子结构。导体一般为低价元素，例如银、铜和铝等金属材料都是良好的导体，它们最外层的电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。高价元素或高分子物质，它们的最外层电子受原子核的束缚力极强，很难成为自由电子，所以它们的导电性极差，称为绝缘体。常用的半导体材料有硅（si）和锗（ge），它们最外层轨道上都有4个电子，如图1（a）所示。最外层电子通常称为价电子。为了方便起见，常用+4价电荷的正离子和周围的4价电子来表示一个4价元素的原子，如图1（c）所示。硅和锗的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧，因此其导电能力介于导体和绝缘体之间。
(a)锗
(b)硅
(c)简化模型
图1 锗和硅的原子结构