基礎：什麼是材料科學
半導體
半導體是每一顆晶片、每一支手機、每一片太陽能板的核心材料——首推矽，還有砷化鎵之類的化合物。正如名字所暗示的，它們介於導體（金屬）與絕緣體（玻璃）之間：它們導電，但導得很差，而且——最關鍵的——可控制地導。這種可控性正是重點所在。
在半導體中，被束縛的電子與能自由載送電流的電子之間有一個小小的能量間隙（能隙）——矽約為 1.1 電子伏特。在室溫下，少數電子會跳過這個間隙，帶來微弱的導電。神奇之處在於摻雜：加入微量的另一種元素（百萬分之幾的磷或硼），就能把導電率改變上千倍，並決定電流是由電子（N 型）還是由「電洞」（P 型）載送。把一塊 N 型與一塊 P 型接在一起，就成了 PN 接面——電流的單向閥，也是二極體、電晶體與太陽能電池的基本構件。
這種對電流精準、可摻雜的控制——而非單純的高導電率——正是讓我們能在一顆微晶片上造出數十億個微小開關（電晶體）的關鍵。這也是為什麼我們這個時代有時被稱為矽時代。半導體要求近乎不可思議的純度與近乎完美的晶體結構，這正是它的製程躋身所有工程中最嚴苛之列的原因。
純矽幾乎不導電。每一百萬個矽原子摻入約一個硼原子，它的導電率就會躍升數千倍，而且此時由帶正電的「電洞」載送（P 型）。這種可調性——而非高導電率——正是矽能運轉整個數位世界的原因。
一撮雜質，就把一種近乎絕緣的晶體變成了設計出來的導體。
半導體並不只是「導電差的導體」。使它自成一個獨立材料類別的，是它的導電率可以藉由微量、刻意的雜質添加，在許多個數量級之間被調控——可上可下，可由電子或電洞載送。那種控制就是這門科技。
又称
另见