PN结的产生与二极管单向导电的原理

本征硅中硅原子以sp3杂化成键，其中自由载流子电子和空穴数量依赖于温度，且数量远远小于经过掺杂的硅。

硅的掺杂分为p型掺杂和n型掺杂。硅为第四主族元素，价层以s2p2具有四个电子。当向硅中注入第三主族元素如B、Ga（s2p1），当这些原子进入晶硅并与其他原子以sp3杂化成键时，会产生一个电子空位，即空穴（空穴并非粒子，本质上是电子空位，可以成为电子运动的通路）。 当注入第五主族元素如P、As（s2p3），会产生一个多余的自由电子。

将硅晶圆从正反两面分别进行p掺杂和n掺杂后，由于两侧电子和空穴浓度的巨大差别，会从界面处发生载流子的扩散运动，即空穴从p型区向n型区扩散，电子从n型区向p型区扩散（这种由载流子浓度差别导致的扩散产生的电流称为扩散电流），这种扩散导致界面附近的n型区失去电子而带正电，界面附近的p型区得到电子而带负电，从而产生一个由n型区指向p型区的内建电场，由于内建电场的存在，多子的扩散运动被抑制，而且出现少子的漂移，产生漂移电流，方向与扩散电流相反。

最终多子的扩散运动与少子的漂移运动达成平衡，在p型区和n型区界面附近形成稳定的空间电荷区（耗尽层）。当在PN结两端加电压时，若外电场方向与内建电场方向相同，则多子扩散运动被抑制，少子漂移运动被加强，而少子的数量远远小于多子，此时仅有非常微弱的电流通过，PN结截止。

当外电场方向与内建电场相反，则内建电场被抵消，多子的扩散得到加强，p型区的大量的空穴向n型区运动，n型区的电子向p型区运动，产生大电流，此时PN结导通。

当p型区接电源正极，n型区接电源负极时，称为给PN结加正偏压，PN结导通。