Общие сведения. В отличие от металлических проводников, сопротивление полупроводников уменьшается ростом температуры
В отличие от металлических проводников, сопротивление полупроводников уменьшается ростом температуры. Это объясняется современной физикой твердого тела, где обосновано, что в твердом теле энергетические уровни отдельных атомов объединяются в систему близко расположенных уровней, называемых разрешенными энергетическими зонами. Разрешенные зоны разделены запрещенными зонами ─ интервалами энергии, которой не могут обладать электроны в данном кристалле.
В полупроводнике при температуре 0 К все зоны, в которых имеются электроны, полностью заполнены, и он является диэлектриком. При повышении температуры некоторые электроны в зоне, заполненной валентными электронами (валентная зона), могут получить избыточную энергию 
, достаточную для перехода через запрещенную зону в зону проводимости. Энергия 
называется энергией активации. Переход электрона из валентной зоны в зону проводимости ведет к образованию в валентной зоне вакантного места, соответствующего положительному заряду и получившего название дырка. Химически чистые, беспримесные полупроводники называются собственными, концентрации электронов 
и дырок 
в них одинаковы.
На рисунке 1 приведена диаграмма энергетических зон собственного полупроводника. Электрические свойства полупроводников обусловлены валентными электронами в валентной зоне V, которая отделена запрещенной зоной Z от следующей разрешенной зоны C, называемой зоной проводимости. Ширина запрещенной зоны Z у полупроводников составляет примерно 1 эВ.
Рисунок 1 Диаграмма энергетических зон для собственного
полупроводника: С – зона проводимости; Z – запрещенная зона;
V – валентная зона; WC - минимальная энергия электрона в зоне проводимости; WF - уровень Ферми; WV – максимальная энергия электронов в валентной зоне; Wa – энергия активации
В собственных полупроводниках концентрация электронов 
в зоне проводимости и соответственно дырок в валентной зоне определяется формулой: 
, (1)
где 
- собственная концентрация носителей заряда; 
- энергия Ферми (уровень Ферми) для данного полупроводника; Т – абсолютная температура; 
- постоянная Больцмана, 
.
Уровень Ферми в собственных полупроводниках расположен в середине запрещенной зоны, разделяющей валентную зону и зону проводимости, т. е.:
. (2)
Подставив (2) в (1), получим концентрацию носителей заряда:
. (3)
При помещении полупроводника в электрическое поле в нем появляется электрический ток, образованный движением электронов, попавших в зону проводимости, и дырок, имеющихся в валентной зоне. Плотность тока 
зависит от концентрации электронов и дырок 
, величины их заряда 
и средней скорости 
их направленного движения и определяется формулой:
, (4)
где индексы 
и 
относятся соответственно к электронам и дыркам. Так как в собственных полупроводниках концентрации 
и 
, то (4) можно переписать:
. (5)
Плотность тока связана с удельной электропроводностью 
законом Ома в дифференциальной форме:
(6)
где 
r - удельное электрическое сопротивление; 
- напряженность электрического поля.
Обозначим 
удельную электропроводность при температуре 0 К,:
. (7)
Из выражений (5), (6) и (7) найдем что:
. (8)
Увеличение проводимости полупроводников с повышением температуры является их характерной особенностью. С точки зрения зонной теории это обстоятельство объясняется так: с повышением температуры растет число электронов, которые вследствие теплового возбуждения переходят в зону проводимости, соответственно растет и число дырок, что увеличивает концентрацию заряженных частиц, участвующих в создании электрического тока.