Ortak Değerlikli Bağlanma
Resim 1: Bir tipik kristal yapının 3-boyutlu görüntüsü
Ortak Değerlikli Bağlanma
Her atomun kimyasal etkinliği dış kabuklarda bulunan elektronların sayısına bağlıdır. Eğer söz konusu kabuk tam dolu ise, atom çok kararlıdır ve başka kristallerin atomlarına bağlanma eğilimi zayıftır. Sadece dış kabuğunda sekiz elektron bulunan atomlar kimyasal olarak pasiftir (bakınız: Elemanların periyodik çizelgesi Ana Grup VIII = Asal gazlar). Eğer bu kabuktaki elektron sayısı sekizden daha az ise atomun kimyasal etkinliği artar. Bazı atomlar o elemana ait tipik yapılarına sahip kristalleri oluştururlar. Kristal, aynı malzeme veya elemana ait atom veya moleküllerinin üç boyutlu ve periyodik dizildiği kristal kafes denilen yapı birimlerinden meydana gelen bir düzgün yapıya verilen addır. Resim.1 de atomların küçük kürelerle gösterildiği bir tipik kristal yapı görülüyor. Küreler arasındaki çubuklar atomların arasındaki bağlantıyı simgelemektedir.
Silisyum ve germanyum elektronikte en çok kullanılan yarıiletken elemanlardır. Her iki elemanın atomik yapıları ve kimyasal davranışları birbirine çok benzer ve her ikisinin de dış kabuğunda dört adet değerlik (valance) elektronu bulunur. Germanyum atomları bir kafes içerisinde, her bir atomun diğer dört atomla gruplaşacağı biçimde dizilmişlerdir. Böylece her bir bağ elektronu (bonding electron), komşu atomun bağ elektronu ile bir elektron-ikilisi (electron pairs) oluşturur. Bu elektron-ikilileri germanyum atomları arasında çok sıkı bir bağlantıya sebep olurlar (Resim.2 ye bakınız: Aslında germanyum atomlarının üç boyuttaki dizilişi gösterilmeli idi. Ancak bu iki boyutlu resim de yeterli bir fikir vermektedir). Atomların dış kabuğunu sekiz elektronla doldurmak için kristaldeki bağ elektronları ortak olarak kullanılır.
Resim 2: Bir germanyum kristalinin 2-boyutlu görüntüsü
Resim.2 hiç bir ısı enerjisinin verilmediği, temel durum dediğimiz, atomların en düşük enerji seviyesinde bulunduğu bir germanyum kristalini gösteriyor. Resimde germanyum atomları büyük dairelerle, bağ elektronları ise küçük dairelerle gösterilmiştir. Bu kristaldeki her bir atom, diğer dört atomla bağlanmış olduğundan serbest yük taşıyıcıları mevcut değildir. Bu durumda germanyumun bir yalıtkan olduğunu söyleyebiliriz. Bir belirli en küçük enerji verilmesi durumunda (ısıl olarak: saf germanyum için yaklaşık 50°C) bazı bağ elektronları kafesten kopar ve kristal içerisinde rasgele dolaşan iletim elektronları haline gelirler.