Самым удивительным свойством полупроводников оказалось свойство односторонней проводимости так называемого p-n-перехода - контакта двух полупроводниковых кристаллов различного типа проводимости.
Для образования р-n-перехода нужно создать в кристалле с дырочной проводимостью область с электронной проводимостью (или, наоборот, к кристалле с электронной проводимостью область с дырочной проводимостью).
Такую область создают путем введения примеси в процессе выращивания кристалла или атомы примеси вводят в готовый кристалл. Через границу, разделяющую области кристалла с различными типами проводимости, происходит диффузия электронов и «дырок».
Диффузия электронов из n-области в р-полупроводник приводит к появлению в электронном полупроводнике нескомпенсированных положительных ионов донорной примеси. В дырочном полупроводнике рекомбинация электронов с «дырками» приводит к появлению нескомпенсированных зарядов отрицательных ионов акцепторной примеси. В дырочном полупроводнике рекомбинация электронов с «дырками»приводит к появлению нескомпенсированных зарядов отрицательных ионов акцепторной примеси. между двумя слоями объемного заряда возникает электрическое поле. По мере накопления объемного заряда напряженность поля возрастает и оно оказывает все большее противодействие переходам электронов из n-области в р-полупроводник и соответственно «дырок» из р-области в n-полупроводник. Электронно-дырочный переход, или сокращенно р-n-переход, является границей, разделяющей области с дырочной (р) и электронной (n) проводимостями в одном и том же монокристалле.
Пограничная область раздела полупроводников с различным типом проводимости (она называется запирающим слоем) в связи с уходом свободных электронов и «дырок» практически превращается в диэлектрик.
Между областями с различным типом проводимости объемные заряды ионов создают запирающее напряжение U3; его значение для германиевых р-n-переходов равно примерно 0,35 В, для кремниевых – около 0,6 В.
Если р-n-переход соединить с источником тока так, чтобы с его положительным полюсом была соединена область с электронной проводимостью, то электроны в га-полупроводнике и «дырки» в р-полупроводнике удаляются внешним полем от запирающего слоя в разные стороны, увеличивая его толщину. Сопротивление р-n-перехода велико, сила тока мала и практически не зависит от напряжения. Этот способ включения p-n-перехода называется включением в запирающем или в обратном направлении. Обратный ток в этом случае обусловлен собственной проводимостью полупроводниковых материалов, образующих р-n-переход, т.е. наличием небольшой концентрации свободных электронов в р-полупроводнике и «дырок» в n-полупроводнике. Этот ток очень мал.
Если р-n-переход соединить источником тока так, чтобы положительный полюс был соединен с областью с дырочной проводимостью, а отрицательный — с областью с электронной проводимостью, то переходы основных носителей через р-n-переход облегчаются. Двигаясь навстречу друг другу, основные носители входят в запирающий слой, уменьшая его сопротивление. Сила тока через р-n-переход в этом случае при напряжениях, превышающих U3, ограничивается лишь сопротивлением внешней электрической цепи. Этот способ включения называется включением в пропускном или в прямом направлении.