Як напівпровідникових матеріалів найбільшого поширення набули германій (Ge) і кремній (Si). До напівпровідникових матеріалів прийнято відносити чисті монокристали (домішка не більше 10 -12%), елементи 4-ї групи періодичної системи, що мають на зовнішній електричної оболонці 4 валентних електрони. У твердому тілі ці електрони вступають в ковалентні зв'язки з електронами сусідніх атомів. Освіта такого зв'язку можна показати умовно (рис.1.4.). Центральний атом як би доповнює свою зовнішню оболонку до 8, і утворюється повністю заповнений валентний рівень. При умовному зображенні кристалічної решітки чистого напівпровідника кожна ковалентний зв'язок є дві паралельні лінії, кожна лінія відповідає одному електрону зв'язку (рис.1.5.).
Електрони внутрішніх енергетичних оболонок не беруть участі в механізмі електропровідності, тому їх можна не розглядати.
При абсолютному нулі всі енергетичні рівні у валентній зоні зайняті електронами, зона провідності порожня, тобто кожен електрон в кристалі пов'язаний з відповідними атомами, що знаходяться у вузлах кристалічної решітки і не може брати участь в перенесенні заряду. Тому власний напівпровідник при абсолютному нулі поводиться як діелектрик.
При повідомленні полупроводниковому матеріалу деякого додаткової кількості енергії (за рахунок нагрівання, випромінювання або інших чинників) електрони, які отримали додаткову енергію, переходять на енергетичні рівні зони провідності, розриваючи ковалентний зв'язок, і можуть пересуватися в обсязі напівпровідника під дією електричного поля. Такі електрони прийнято називати вільними. На місці порушених зв'язків виникають некомпенсовані позитивні заряди (вільні енергетичні рівні у валентній зоні), рівні по величині заряду електронів. Т.ч. відбувається іонізація двох сусідніх атомів. Позитивні заряди отримали назву дірок. Процес виникнення пари електрон-дірка отримав назву процес генерації пари. На зонної діаграмі цей процес відповідає появі електронів в зоні провідності і одночасного появи вільних рівнів (дірок) в зоні валентності. Час існування пари електрон-дірка називають часом життя.
Виникає вакантний енергетичний рівень може бути зайнятий валентними електронами сусідніх атомів без повідомлення ним додаткової кількості енергії. Дірка при відсутності зовнішнього електричного поля хаотично рухається в матеріалі напівпровідника, постійно заповнюючи електронами сусідніх атомів. При впливі зовнішнього електричного поля дірка здійснює спрямованої рух, при цьому поводиться як частинка, що має позитивний заряд рівний по величині заряду електрона. При попаданні вільного електрона і дірки в єдиний мікрооб'ем електрон, віддавши надлишкову енергію, може зайняти вакантний енергетичний рівень. При цьому пара електрон-дірка зникає. Цей процес називають рекомбінацією пари електрон-дірка.
При сталій температурі процеси рекомбінації і генерації знаходяться в динамічній рівновазі, тобто кількість виникаючих пар дорівнює кількості знищують пар. Збільшення температури інтенсифікує процеси рекомбінації і генерації. Динамічна рівновага встановлюється відповідним більшому значенню концентрації вільних носіїв.