في كل جسم صلب يمكن تمييز الإلكترونات عبر مستويات طاقتهم. تمتلك طاقات الإلكترون المسموحة في البلورات بنية حزم طاقة يمكن فهمها كما يلي أنه إذا اقتربت ذرتان لهما نفس الطاقة، يمكن أن يتميز النظام المشكل منهما بمستويين متقاربين للطاقة. وبشكل مشابه من أجل نظام مكون من N ذرة ينقسم كل مستوى طاقة للذرة المفردة إلى مستوى متقاربة. يمكن اعتبار هذا التجمع للمستويات القريبة كحزمة طاقة. يظهر الشكل 1 (أ) تشكل حزمة طاقة من ذرة مفردة. ولما كان للذرة المفردة سلسلة من مستويات الطاقة، تمثل طاقات الإلكترون في بلورة سلسلة من حزم الطاقة يمكن أن يفصل بينها فجوات ،طاقية، ويمكن أن تتداخل، كما هو موضح في الشكل 1.4 (ب). وبمجرد تشكل حزمة الطاقة يجب النظر إلى الإلكترونات وكأنها جماعية : أي إنها لا تنسب إلى ذرات محددة، نظراً إلى أن حزم الطاقة تميز مجمل النظام المكون من ذرة n .

الشكل 1. (أ) تشكل حزمة طاقة يتطور مستوى الطاقة الأرض E1 لذرة مفردة إلى حزمة طاقة عندما تتفاعل ذرات عديدة متماثلة (ب) حزم الطاقة 1 و 2 و 3 التي توافق مستويات طاقة ذرة مفردة E1 و E2 و E3 على التوالي إن ملء الحزم بالإلكترونات نقطة بالغة الأهمية سنستخدم مبدأ استثناء باولي (Pauli)، الذي سبق ودرسناه في الفصل السابق. أي إنه لا يمكن لإلكترونين أن يكونا في نفس الحالة. ويمكن لإلكترونين أن يكونا بنفس حالة الطاقة، ولكن هذين الإلكترونين يجب أن يكونا في حالتي لف (spin) مختلفتين، وعليه يكون الإلكترونان في حالتين إجماليتين مختلفتين. وقد تمت تحت شروط الاستقرار وفي درجات حرارة الغرفة، يجب أن تكون مستويات الطاقة الأدنى مسكونة. وكما سنرى لاحقاً، فإن أهم الإلكترونات التي تنتمي إلى أعلى الحزم المأهولة، نحصل حينئذ على حالتين ممكنتين.

أولاً: جميع الحزم مملوءة بالكامل، وتكون الحزم المملوءة مفصولة عن الطبقات العليا (الفارغة) بفجوة طاقة. يظهر الشكل 2.4 (أ) و 2.4 (ب) هذه الحالة من أجل العوازل التي لها فجوات حزم . ومن أجل أنصاف النواقل التي لها فجوات حزم على التوالي. في الواقع ليس هنالك فرق بين ملء حزم الطاقة لعازل أو لنصف النواقل. وهذه الفجوة الطاقية أصغر منها في العوازل، كما يوضح الشكل 2.4 (أ) و 2.4 (ب). هذه الحزمة العليا فارغة على الأقل من أجل درجات الحرارة الدنيا. سندرس فيما بعد بنية الحزم الإلكترونية للمواد نصف الناقلة بتفاصيل أكثر.

ثانياً: الحزم العليا التي تحتوي على إلكترونات ليست مملوءة بالكامل، كما يوضح الشكل 2 (ج) والشكل 2 (د)؛ وهذه الحالة توافق المعدن في الحقيقة، لظهور الناقلية تحت حقل كهربائي مطبق، يجب أن يتسارع الإلكترون ويكتسب طاقة. وهذا يعني أن الإلكترون يجب أن يكون متعامداً على كسب كمية صغيرة من الطاقة والانتقال إلى مستويات طاقة قريبة ولكنها أعلى. إذا كانت كل مستويات الطاقة (حزمة كاملة) مملوءة، فلا يمكن أن يساهم الإلكترون في عملية النقل، وهذه حالة العازل (dielectric).

على النقيض، إذا لم تكن حزمة الطاقة مملوءة كلياً، وكان هنالك مستويات طاقة فارغة متاحة للإلكترونات، يمكن للإلكترون أن يتحرك إلى مستويات أعلى، في حقل كهربائي، وأن يكسب الطاقة في عملية توافق الناقلية الكهربائية. وهذه هي حالة المعدن.

تتضمن أنصاف النواقل عناصر من الجزء المركزي للجدول الدوري للعناصر،

العمودان II و I كما يوضح الجدول 1 في مركز الجدول 1 يوجد السيليكون وهي Si المادة الأساسية للإلكترونيات الحديثة ويلعب السيليكون دوراً مركزياً في الإلكترونيات، كما هي حال الفولاذ في التعدين.

الشكل 2حزم الطاقة في حالة عازل، ونصف ناقل، ومعدن (أ) حالة العازل: حزمة التكافؤ مملوءة وحزمة النقل فارغة  E_g> 5er (ب) حالة نصف الناقل حزمة التكافؤ مملوءة وحزمة النقل فارغة في الحرارة الدنيا er5 E < (ج) الإلكترونات في الحزمة المملوءة جزئياً تكتسب طاقة من حقل كهربائي، ونتيجة ذلك ينتقل إلى مستويات طاقة فارغة (حرة) مؤدية إلى ناقلية كهربائية. وبنتيجة ذلك توافق البنية ذات الحزمة المملوءة جزئياً إلى معدن. (د) من أجل حزمتين متداخلتين تملأ الإلكترونات حالات كلتا الحزمتين

يأتي الجرمانيوم Ge تحت السيليكون يعتبر الجرمانيوم اليوم نادر الاستخدام بمفرده على أن خلائط Si-Ge تلعب دوراً متنامياً في تقانة الإلكترونيات المعاصرة. بالإضافة إلى المواد العنصرية البدائية، تستخدم الإلكترونيات المعاصرة تركيبات من العناصر من المجموعة || والمجموعة IV، إضافة إلى بعض التراكيب الأكثر تعقيداً. تدعى هذه التراكيب أنصاف النواقل المركبة بتركيب كل عنصر من المجموعة 111 مع Bi Sb, As, P, N من المجموعة V يمكن  تشكيل   25 III-V مركب. ويشكل زرنيخ الغاليوم GaAs أوسع المركبات النصف الناقلة استخداماً وتستخدم كل أنصاف النواقل

III-V لصنع ما يعرف بالبنى المتعددة تصنع البنية المتعددة من مادتين مختلفتين من حد وصلة متعددة بينهما. ويعتمد اختيار البنية المتعددة على التطبيق.

الجدول 1.4 الجزء المركزي من الجدول الدوري للعناصر

يمكن استخدام مركبين أو أكثر لتشكيل خلائط ومثاله المعروف الألمنيوم- الغاليوم - الزرنيخ  هي جزء المجموعة || المشغولة بذرات الغاليوم Ga. وعليه فليس لدينا 25 مركباً متقطعاً فقط، ولكن لدينا مدى مستمراً من المواد. وكما هي الحال المركبات III ، فإن كل عنصر من العمود II يمكن أن يستخدم مع كل عنصر من المجموعة VI لتشكيل مركبات .III-V. فإن كل عنصر من العمود II يمكن أن يستخدم مع كل عنصر من المجموعة VI لتشكيل مركبات .III-VI ومرة أخرى بضم أكثر من هذه العناصر يمكننا إيجاد مجال مستمر من المواد، ونتيجة لذلك يمكن أن نصنع بالتركيب مركبات IV-VI و V-III و II-VI مختلفة.