电子学
价电子
既然电子学涉及电子运动的控制，人们必须记住，带负电荷的电子会被正电荷吸引，而被其他负电荷排斥。因此，真空中的电子倾向于将自己彼此分开，形成云，受到可能存在的其他电荷的影响。一个电流是由电子运动产生的，无论是在真空中，还是在线或在任何其他导电介质中。在每一种情况下，电子移动是由于它们被正电荷吸引或被负电荷排斥。
一个原子由质子和中子组成的原子核，原子核周围的电子(与原子核中质子的数量相等)在轨道上运行，就像行星围绕太阳运行的轨道一样。因为正电荷和负电荷的数量相等组成粒子，整个原子是不带电的。当原子结合成某种叫做共价固体(特别是元素周期表第四列的元素)价电子(外层电子)在相邻的原子之间共享，原子因此结合在一起。这不仅发生在单质固体中，其中所有的原子都是同一种，而且在化学中也发生化合物(例如III-V化合物)。
不同材料的导电能力差别很大电，这直接取决于将电子从原子中解放出来的难易程度。在绝缘材料中，原子的所有最外层电子都紧紧地束缚在原子间的化学键中，不能自由移动。在金属价电子比成键所需的多，这些多余的电子可以自由地用于导电。
大多数绝缘体和金属都是水晶而是由许多非常小的晶体组成。(在所有晶体中，原子的位置都是有规则间隔的三维空间数组)。然而，用于电子应用的半导体固体是作为单个大晶体制备的。半导体中的原子以大尺寸(大，即与原子相比)的周期性三维阵列排列，这一事实使得在晶体中移动的电子几乎看不见原子。这种行为的原因太复杂，无法在这里解释，但这种性质使电子在半导体中具有相当的流动性。
传导的半导体
在半导体领域硅(这里用它作为例子)，每个组成原子有四个外层电子，每个电子都与一个电子配对电子由四个相邻原子中的一个形成原子间键。因此，完全纯的硅在室温下基本上没有电子可用于电子传导，使其成为非常差的导体。但是，如果一个原子从列V元素周期表如磷，当硅原子被硅原子所取代时，它的五个外层电子中有四个会用来成键，而第五个电子则会在晶体内自由移动(看到)．如果取代原子来自元素周期表的第三列，比如，硼它只有3个外层电子，少一个不足以完成4个原子间键。事实上，如果这个键完全，晶体就会呈电中性，这意味着，如果缺少一个电子，这个空位就会带一个正电荷。相邻的电子可以进入空位，在电子原来的位置上留下另一个空位。这个带正电荷的空位是可移动的，因此被称为“空穴”。孔在半导体中，它们的运动几乎和电子一样容易，但是由于它们带正电荷，它们的运动方向与电子的运动方向相反。
以电子为主要载流子的半导体称为半导体n类型(n代表否定)。如果载流子主要是空穴，则材料为p类型(p积极的)。用元素代替硅的过程(在这个例子中)被称为兴奋剂，而元素被称为掺杂物．在实际装置中所需要的掺杂剂的量是非常小的，从大约100个掺杂原子每百万硅原子下降到10亿。
半导体制造
掺杂剂可以在晶体生长过程中或之后添加到硅中。硅晶体的生长始于制备极纯的多晶硅，每100亿个硅原子中含有少于1个掺杂原子。硅在石英衬里的熔炉里熔化。熔融硅的温度降低到略高于熔点(1410°C[2570°F])，并且单晶体形式的硅小棒(种子)被引入熔体的表面。熔融的硅慢慢地冻结在种子上，形成晶体结构连续种子的结构。在精心控制的条件下，通常在旋转的情况下，种子被缓慢地抽出，它带来了一个圆柱形的硅锭，这是一个硅锭单晶在。这种钢锭直径可达300毫米(12英寸)，重量可达100公斤(220磅)。（看到左氏拉晶法)
生长后的硅晶体被研磨成光滑的圆柱形，并使用金刚石工具切成大约0.6毫米(0.02英寸)厚的薄片。晶圆的表面被一系列精细的磨料磨平，直到一面有完美的镜面光洁度。
制造:制造的过程半导体器件是一个复杂的系列，超过600个连续的步骤，所有这些都必须以最大的精度在一个环境比医院手术室还干净其目标是在适当的位置向硅中添加适当数量的掺杂剂，并将由此产生的晶体管与被其他绝缘材料薄膜隔开的金属薄膜连接起来。横向尺寸的比例集成2001年，电路范围下降到0.13 μm(0.000005英寸)，并逐年减少。一个高功率半导体器件另一方面，对于工业用途来说，可能非常大，以至于需要直径超过125毫米(5英寸)的硅片。
最先进的技术
对与材料、制造工艺和器件结构相关的所有物理效应有一个彻底、详细的了解的重要性怎么强调都不为过。
半导体中电子和空穴的运动是由的理论支配的量子力学它是在20世纪20年代和30年代发展起来的全面的构成物质的所有基本粒子行为的理论。在半导体材料中观察到的电学和光学效应，它们的相互作用，以及温度对它们的影响几乎都是完全了解的。这种理解不仅使定量解释在实验室实验中观察到的东西成为可能，而且对于预测新工艺和设备如何工作也是必不可少的。
发展这样一个详细的理论和实验知识体系所必需的研究始于20世纪40年代末，并从那时起一直在工业、大学和政府实验室中继续进行。现在，通过从理论和物理上计算其性能，可以设计出完全可预测的新型半导体器件配置，在计算机的帮助下。
虽然已经了解了很多，但用于制造真正设备的制造过程还不是很清楚。理论设计包含以下假设:材料完全纯净，掺杂剂仅以适当的数量和分布存在，结构尺寸具有预期值。这些假设在实践中只是在有限的程度上是正确的。大学和公司实验室的主要工作集中在更好地理解这些问题和开发改进的基于计算机的建模和过程设计方法。大量的资金用于提供设备和制造业环境充分控制每一个加工步骤，保护被加工的材料不受污染。