Optoelektronische Bauelemente und Lichtsensoren werden mittels Halbleitermaterialien hergestellt.
Der Wert der elektrischen Leitfähigkeit eines Halbleitermaterials liegt zwischen dem Wert eines Leiters, wie Kupfer, und eines Isolators, wie Glas.
Die elektrische Leitfähigkeit eines Halbleitermaterials steigt mit der steigenden Temperatur. Daher verhält sie sich umgekehrt im Vergleich zum Metall. Derzeit ist Si (Silizium, engl. silicon) der in elektronischen Anwendungen meist angewandte Halbleiter. Eigenhalbleiter, intrinsische Halbleiter oder I-Halbleiter sind reine Halbleiter ohne jede Dotierstoffe darin (undotiert, engl. undoped). Die Anzahl von Ladungsträgern, Elektronen und Löcher, wird daher von den Eigenschaften des Materials an sich bestimmt. In einem Eigenhalbleiter beträgt die Anzahl von angeregten Elektronen und die Anzahl von Löchern:
n = p = ni (Träger/cm3), der Wert von ni hängt von der Lücke des Halbleiters Eg ab und ändert sich mit Temperatur wie folgt:
wobei T die Temperatur in K, kB die Boltzmann-Konstante: kB = 8,62·10–5 eV/K und A eine Konstante sind.
Die Halbleiterbauelemente können eine Reihe von nützlichen Eigenschaften haben, wie zum Beispiel Stromfluss einfacher in einer Richtung als in der anderen, veränderlicher Widerstand und Empfindlichkeit gegen Licht oder Wärme. Wenn man reinen kristallischen Eigenhalbleitern spezifische Fremdstoffe beimischt, werden Störstellenhalbleiter geschaffen: Es handelt sich um Halbleiter, in denen die Konzentration eines Trägertyps, Elektron oder Loch, viel höher als die Konzentration des anderen Typs ist. Wenn die Konzentration von Elektronen größer als die Konzentration von Löchern ist, werden die Halbleiter n-Halbleiter genannt. Wenn im Gegensatz dazu die Dichte der Löcher viel höher als die Dichte der Elektronen ist, handelt sich es um p-Halbleiter.
Einige in diesem Kapitel beschriebene Sensoren und Bauelemente beruhen auf Prinzipien eines p-n-Übergangs.
Ein p-n-Übergang ist eine Schnittstelle zwischen zwei Typen des Halbleitermaterials, p- und n-Halbleiter, in einem einzigen Halbleiterkristall. Dioden sind Halbleiterbauelemente, die von einem Halbleitermaterial mit dem p-n-Übergang zu zwei elektrischen Zuleitungen geschaffen sind.