Halbleiter, Festkörper, deren spezifische elektrische Widerstände unter Normalbedingungen zwischen denen der Metalle und der Isolatoren liegen. Halbleitermaterialien können bestimmte chemische Elemente sein (z. B. Si, Ge) oder Verbindungen (z. B. ZnO, Cu₂O). Die elektrische Leitfähigkeit von H. nimmt im Gegensatz zu der von Metallen mit steigender Temperatur zu. Des weiteren wird sie durch Zugabe von Fremdatomen (Dotierung), Strahlungseinwirkung (Halbleiterdetektoren in der Spektroskopie) oder mechanische Beanspruchungen beeinflußt. Man unterscheidet zwischen Elektronenhalbleitern und Ionenhalbleitern.

Die Mechanismen der Leitungsvorgänge in elektronischen H. lassen sich mit Hilfe des Bändermodells der elektrischen Leitfähigkeit erklären. Bei Festkörpern wird hinsichtlich der Energieniveaus der elektronischen Zustände zwischen dem Valenzband und dem auf höherem energetischen Niveau liegenden Leitfähigkeitsband unterschieden. Während bei Metallen beide Niveaus überlappen, d. h. ein leichter Übergang der Elektronen zwischen beiden Niveaus möglich ist und damit eine endliche Elektronenkonzentration im Leitfähigkeitsband vorliegt, ist bei einem Isolator das Leitfähigkeitsband, das energetisch weit über dem obersten mit Elektronen vollbesetzten Valenzband liegt, durch eine verbotene Zone (Bandlücke) des nicht erlaubten Übergangs getrennt. Bei Halbleitern kann diese Bandlücke durch Elektronen, deren Mindestenergie dem Bandabstand entspricht, überwunden werden, so daß eine Elektronenleitung möglich ist. Wird der Halbleiter mit geeigneten Fremdatomen dotiert, erhält er zusätzliche Energieniveaus innerhalb der Bandlücke. Wird ein Element zudotiert, das ein Elektron mehr besitzt als das ursprüngliche Halbleitermaterial (z. B. Dotierung von Ge mit As), so bildet sich dicht unterhalb des Leitungsbandes ein Zwischenniveau (Donorniveau), von dem aus das Elektron in das Leitungsband gelangt. Zur Leitfähigkeit trägt nun dies Überschußelektron bei. Man spricht deshalb in diesem Fall von Überschuß- oder n-Halbleitern. Wird umgekehrt ein Material zudotiert, das ein Elektron weniger aufweist als der ursprüngliche Halbleiter (z. B. In zu Ge), so liegt das neue Zwischenniveau (Akzeptorniveau) in geringem Abstand über dem Valenzband. Ein Elektron aus dem Valenzband springt in dieses Akzeptornivaeu, im Valenzband entsteht dadurch ein Defektelektron. Nur letzteres trägt zur Leitfähigkeit bei, so daß man in diesem Fall von Defektelektronen-, Mangel- oder p-Halbleitern spricht. In beiden Fällen handelt es sich also um Störstellenleitung. Bereits durch Dotierung von 1 ppm an Fremdstoffen kann die Leitfähigkeit um mehrere Größenordnungen erhöht werden. Neben der Störstellenleitung, die durch Einbau von Fremdelementen, z. B. der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems, in Silicium und Germanium gesteuert werden kann, tritt in elektronischen H. Eigenleitung auf, wenn positive und negative Ladungsträger (Löcher und Elektronen) in gleicher Konzentration vorliegen. Diese mit der Temperatur zunehmende Paarbildung steht mit einer Rekombination der unterschiedlichen Ladungsträger im thermischen Gleichgewicht.

H. werden als Transistoren, thermo- und photoelektrische Bauelemente und besonders in der Mikroelektronik sehr vielseitig ausgenutzt.

Verschiedene Oxide und Oxidsysteme (Oxidkeramik) zeigen schon bei mittleren Temperaturen eine gute elektrische Leitfähigkeit (z. B. ZrO₂), wobei mit zunehmender Temperatur neben der Elektronenleitung auch die Ionenleitung wirksam wird. Diese O^2--ionenleitenden Feststoffelektrolyte werden in zunehmendem Maße als Batterien, als Festelektrolytsonden zur Kontrolle der Sauerstoffaktivität in Stahlschmelzen und in Gasgemischen (Verbrennungs-, Rauch- und Auspuffgase) sowie zur Messung von Gleichgewichtsspannungen in Konzentrationsketten unedler Metalle, ferner als Oxidthermoelemente und Oxidwiderstandselemente eingesetzt.