纯净的具有单晶体结构的半导体称为本征半导体，它不含任何杂质，且原子在内部按一定规律整齐地排列成晶体结构。以硅为例，将纯净的硅材料经过一定的工艺过程制成硅单晶后，即为本征半导体。硅原子在空间排列成整齐的点阵，称为晶格，位于晶格上的硅原子是不能移动的。每个硅原子的最外层都有四个价电子，与周围相邻的四个硅原子中的价电子共形成四个共用电子对，从而构成四个共价键。共价键具有很强的结合力，最终形成的晶体是一个四面体结构，如图1-1（a）所示，其他诸如锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等很多种半导体材料都具有与之相同的四面体结构。图1-1（b）为五个硅原子形成的共价键的二维结构示意图。
常温下，仅有极少数的价电子由于热运动（热激发）获得足够的能量而挣脱共价键的束缚变为自由电子，与此同时在失去电子的共价键中留下一个空位置，称为空穴。原子因失掉一个价电子而带正电，也可以说空穴带正电。当一个具有一定热能的自由电子靠近某个空穴时，便会填补到该空穴中，如图1-2所示（实线箭头代表价电子的填补轨迹，虚线箭头代表空穴的运动轨迹），看起来就像是一个正电荷在半导体中随机移动一样。这样，若在本征半导体两端外加一电场，就有两种类型的电荷粒子能够产生电流，即带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴。
图本征半导体中的两种载流子
在电子学中，运载电荷的粒子称为载流子。因此，半导体中存在自由电子和空穴两种载流子，这是半导体导电的特殊性质。上述由热激发产生自由电子-空穴对的过程称为本征激发，本征激发中自由电子和空穴成对产生，两者数目相等。而当自由电子和空穴在运动中相遇时，自由电子又会填补空穴，两者同时消失，这种现象称为复合。当温度一定时，本征半导体中的激发和复合达到动态平衡，于是载流子的浓度保持恒定，且自由电子的浓度与空穴的浓度相等。如果温度升高，则热激发加剧，使得载流子浓度升高，导电能力增强；如果温度降低，则热激发减弱，使得载流子浓度下降，导电能力变差。
