半导体是一类导电性介于导体和绝缘体之间的材料，其导电能力会随外界条件变化而发生显著变化，这个特性使半导体成为了现代电子信息产业的核心材料。
从能带理论来看，导体、半导体和绝缘体的核心区别在于禁带宽度不同。在一定温度下，共价键上的电子依靠热激发，获得能量脱离共价键成为在晶体中自由运动的准自由电子。脱离共价键所需的最低能量就是禁带宽度。
导体、半导体和绝缘体的能带示意图
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导体：能带中价带与导带重叠或价带未被电子完全填满，所以存在大量可自由移动的电子，导电性强。
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半导体：能带中价带被电子填满，但禁带宽度较小。在绝对零度时，半导体不导电。当温度升高或有光照时，价带中的少量电子激发进入导带，价带中留下空穴。在外电场作用下，电子和空穴都可以参与导电。
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绝缘体：能带中价带被电子填满，但禁带宽度很大。常温下，几乎没有电子能激发到导带，所以导电性极差。
半导体材料的分类
第一代、第二代、第三代、第四代半导体材料
第一代半导体材料，主要指锗（Ge）和硅（Si）等半导体材料，它们主要用于分离器件和芯片制造。20世纪50年代，锗在半导体产业中占主导地位。到了20世纪60年代后期，硅逐渐替代锗被大量应用。硅在自然界中的蕴藏量大，随着大尺寸硅晶圆制备技术和硅基芯片制造工艺越来越成熟，硅基芯片技术沿着摩尔定律快速发展，形成了规模巨大的芯片产业。现在的大部分芯片都是硅基芯片，例如CPU，GPU，存储器，FPGA等。
第二代半导体材料，主要指化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）等。化合物半导体材料相较于硅来说具有禁带宽度大、载流子浓度低、光电特性好，以及耐热、抗辐射性能好等特性，主要用于制造高速、高频、大功率的发光电子器件，被广泛应用于微波通信、卫星通信、光通信、光电器件和卫星导航等领域。但是化合物半导体材料十分稀缺，存在深能级缺陷、大尺寸晶圆难制备、价格贵、有毒性等问题，使得化合物半导体材料的应用受到一定的限制。
第三代半导体材料主要是以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）为代表的具有宽禁带特性的半导体材料，因此也称为宽禁带半导体材料。宽禁带半导体材料具有高击穿场强、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特性，广泛用于制造耐高温、高频率、大功率以及抗辐射的电子器件，主要应用于半导体照明、5G通信、卫星通信、光通信、航空航天等领域。
第四代半导体材料具有超宽禁带，击穿场强比第三代半导体更大，如氧化镓（Ga2O3）、氮化铝（AlN）、金刚石（C）等，因此称为超宽禁带半导体材料。超宽禁带半导体材料能承受更高电压与功率，适合制造大功率电子器件和高性能射频电子器件。但是这些材料生产和制备困难，制造工艺还不成熟。比如β-Ga2O3，通过掺入Si、Ge和Sn等施主元素能制备出良好的n型β-Ga2O3，但由于β-Ga2O3材料本身具有价带平坦、有效质量大、易形成自陷空穴以及自补偿效应等问题，使得p型掺杂很难实现，没法制备出理想的同质pn结。
半导体材料特性
