共價鍵是指相鄰原子各自提供電子、共用電子對而結合的化學鍵。矽與鍺等半導體晶體藉由這種共價鍵形成規則的晶體結構，是半導體電氣性質的基礎。
矽原子的最外層有4個價電子，與相鄰的4個矽原子各共用1個電子，以8個電子達到穩定（八隅體規則）。這4個共價鍵呈正四面體狀延伸，使矽形成鑽石結構。
共價鍵中的電子通常固定在鍵上，但接收到熱或光的能量後，會脫離鍵結成為自由電子，並在原處留下電洞。這就是本質半導體中的載子產生，而共價鍵斷裂的難易度（能隙大小）決定了半導體的導電性。摻雜則是在這個共價鍵網路中加入價電子數不同的不純物，使電子或電洞產生過剩或不足的操作。