Ein Halbleiter ist ein Material, dessen elektrische Leitfähigkeit zwischen der von Leitern (etwa Metallen) und der von Isolatoren liegt. Diese besondere Eigenschaft macht Halbleiter zur physikalischen Grundlage nahezu aller modernen elektronischen Bauteile.
Metalle leiten elektrischen Strom sehr gut, Isolatoren praktisch gar nicht. Halbleiter liegen dazwischen: Ihre Leitfähigkeit lässt sich durch äußere Einflüsse wie Temperatur, Licht, elektrische Spannung oder gezielte chemische Verunreinigung (Dotierung) gezielt verändern. Genau diese Steuerbarkeit erlaubt es, aus Halbleitermaterial winzige elektrische Schalter zu bauen, die sich gezielt ein- und ausschalten lassen.
Typische Halbleitermaterialien sind Silizium, Germanium und Galliumarsenid. Durch Dotierung – das gezielte Einbringen von Fremdatomen – lässt sich die Leitfähigkeit eines Halbleiters so verändern, dass Bauteile wie Dioden und Transistoren entstehen, die Strom nur unter bestimmten Bedingungen fließen lassen. Millionen bis Milliarden solcher Transistoren werden auf einer einzigen Silizium-Trägerscheibe, dem sogenannten Wafer, zu integrierten Schaltkreisen zusammengefasst. Diese hochminiaturisierte Fertigung ist die Grundlage moderner Elektronik.
Auf einem einzelnen Wafer aus Halbleitermaterial werden zahlreiche identische Schaltkreise gleichzeitig hergestellt, aus denen anschließend einzelne Mikrochips herausgetrennt werden. Ein solcher Chip kann je nach Aufbau als Prozessor, als Speicherbaustein oder als kombiniertes System mehrere Funktionen zugleich übernehmen.
Halbleiter bilden die materielle Basis für Prozessoren, Arbeits- und Datenspeicher, Sensoren sowie für System-on-a-Chip-Lösungen. Sie stecken in Smartphones, Computern, Fahrzeugen, Haushaltsgeräten, medizinischer Technik und industrieller Steuerungstechnik. Wegen dieser breiten Bedeutung gilt die Halbleiterfertigung vielen Staaten als strategisch wichtige Industrie, unter anderem zur Sicherung von Lieferketten und technologischer Unabhängigkeit.
Halbleiter werden in der Alltagssprache oft mit „Chip“ gleichgesetzt, tatsächlich ist der Halbleiter aber das Grundmaterial, aus dem ein Chip erst gefertigt wird. Auch die Vorstellung, Halbleiter seien schlechte Leiter im Sinne von „fast Isolatoren“, greift zu kurz: Entscheidend ist gerade ihre steuerbare, variable Leitfähigkeit, nicht ein fixer, niedriger Wert.
Nicht verwechseln mit dem Prozessor: Dieser ist eine logische Recheneinheit, die aus Halbleitermaterial gefertigt wird, aber selbst kein Material, sondern ein fertiges Bauteil mit einer bestimmten Funktion ist. Ebenfalls abzugrenzen ist das System-on-a-Chip: Es beschreibt die Integration mehrerer Funktionseinheiten auf einem einzigen Chip, während Halbleiter die physikalische Materialebene darunter betrifft.