Karbon, öncelikle elektronik yapısı ve bağlanma özellikleri nedeniyle bir yarı iletken değildir. En kararlı formunda karbon, grafit veya elmas olarak bulunur; bunların her ikisi de, her bir karbon atomunun komşu atomlarla güçlü kovalent bağlar oluşturduğu kristalin bir yapıya sahiptir. Bu kovalent bağlar bitişik atomlar arasında lokalize olup üç boyutlu bir ağ oluşturur. Grafitte, karbon atomları üst üste istiflenmiş altıgen halkalardan oluşan katmanlar oluştururken, elmasta karbon atomları sert, birbirine bağlı bir kafes içinde tetrahedral olarak bağlanmıştır.
Elektronların enerji (termal veya elektrik) sağlandığında kristal kafes içinde nispeten serbestçe hareket edebildiği silikon veya germanyum gibi tipik yarı iletkenlerin aksine, karbonun kovalent bağ yapısı elektronların bu tür serbest hareketine izin vermez. Örneğin grafitte, her bir karbon atomu, kendi katmanı içinde üç güçlü kovalent bağ oluşturarak bir elektronun hareket etmesini serbest bırakır, ancak bu hareketlilik, yarı iletkenlerde bulunan lokalize olmayan elektron yapısıyla karşılaştırıldığında sınırlıdır.
Karbon, yapısında serbest elektronların varlığı nedeniyle elektriği iletebildiği için genellikle yarı iletken yerine iletken olarak kabul edilir. Grafitte bu serbest elektronlar katmanlar içinde hareket edebilir ve grafitin elektriği düzlemleri boyunca iletmesine olanak tanır. Bununla birlikte, bu iletkenlik, elektronların hareketinin, iletkenlik özelliklerini değiştirmek için katkılama veya dış uyaranların uygulanmasıyla manipüle edilebildiği yarı iletkenlerde olduğu gibi kontrol edilemez.
Saf element formlarındaki (grafit veya elmas) karbon, elektronik cihazlarda tipik olarak yarı iletken olarak kullanılmazken, yarı iletken uygulamalarda çeşitli formlarda kullanılabilir. Örneğin, grafen ve karbon nanotüpler gibi karbon bazlı malzemeler, onları gelecekteki yarı iletken teknolojileri için umut verici adaylar haline getiren benzersiz elektronik özellikler sergiliyor. Bu malzemeler, uygun şekilde yapılandırıldığında ve katkılandığında yarı iletken davranış sergileyebilir, ancak özellikleri geleneksel silikon bazlı yarı iletkenlerden önemli ölçüde farklılık gösterir.
Bir yalıtkan olan karbon ile bir yarı iletken olan silisyum arasındaki fark, ilgili elektronik yapılarında ve elektronların kristal kafesleri içinde hareket etme yeteneklerinde yatmaktadır. Grafit veya elmas gibi karbon bazlı malzemelerde atomlar arasındaki kovalent bağlar güçlü ve lokalizedir, bu da değerlik ve iletim bantları arasında nispeten geniş bir bant aralığına neden olur. Bu geniş bant aralığı, karbon bazlı malzemelerin genellikle elektriği kolayca iletmediği ve normal koşullar altında yalıtkan olarak sınıflandırıldığı anlamına gelir.
Buna karşılık silikon, her bir silikon atomunun komşu atomlarla tetrahedral bir düzenlemede dört kovalent bağ oluşturduğu kristal bir yapıya sahiptir. Bu yapı, termal uyarım veya uygulanan bir elektrik alanı gibi enerji uygulandığında bazı elektronların serbest kalmasına ve kristal kafes içinde hareket etmesine olanak tanır. Silikonun belirli koşullar altında elektriği iletme yeteneği ve aynı zamanda karbon gibi yalıtkanlara kıyasla daha küçük bant aralığına sahip olması onu yarı iletken yapar. Silikonun diğer elementlerle katkısını dikkatli bir şekilde kontrol ederek iletkenlik özellikleri, entegre devreler ve güneş pilleri gibi belirli elektronik uygulamalara göre uyarlanabilir.
