硅是半导体材料，因为它内部有晶体结构，原子之间形成共价键，这样电子可以移动但有限制。当温度升高或光照时，部分电子获得能量脱离原子束缚，变成自由电子，同时在共价键断裂处产生空穴，让电流形成。纯硅在常温下电阻率是2300Ω·m，比金属高很多，但比绝缘体低。

这是因为在硅的晶体结构中，每个原子通过共享四个价电子形成稳定共价键，就像四个小锁链连接着原子。正常状态下，电子都在固定位置振动，不能自由移动。当温度超过300℃或受到光照时，电子吸收足够能量挣脱束缚，变成自由电子。比如在纯硅中，约1.5%的电子会在室温下获得足够能量成为自由电子，同时在每个脱离电子的位置留下带正电的空穴。这两个过程同时发生，自由电子和空穴像正反两股电流，让硅的导电性增加。实验数据显示，纯硅在300℃时电阻率降到500Ω·m，而掺入磷等杂质后，电阻率可降到0.1Ω·m。这种可控的导电性变化，就是半导体材料的核心特性。但要注意，空穴移动需要其他电子填补，所以导电过程是电子和空穴共同作用的结果。