pn接面二極體的動作原理

未偏壓二極體

n型雜質為五價元素，在原子的最外層共有5個價電子。因為n型雜質提供半導體自由電子，通常被稱為施體雜質。在n型半導體中電洞也會存在，這是因為材料內部會因為熱能而產生電子與電洞對。故在n型半導體內，電子為多數載子而電洞為少數載子。

N側多數載子：電子

N側少數載子：電洞

p型雜質為三價元素，在原子的最外層有3個價電子。因為p型雜質接受自由電子而被稱為受體雜質。在p型半導體內，電洞為多數載子，而電子是少數載子。

P側多數載子：電洞

P側少數載子：電子

為了考慮二極體的操作原理，假設在半導體物質的一邊注入p型雜質，而另一邊則是n型雜質。在p型與n型的相接處便形成一個 pn接面。在室溫下，n 型區的多數載子---電子，會從n型側擴散到p型側，而p型區的多數載子---電洞，則從p型側擴散到n型側。電子與電洞會在接面附近再結合，因而互相消失，只剩下不可移動的施體離子及受體離子。靠近接面的區域形成沒有可移動載子的區域，此區域稱為空乏區(depletion region)或空間電荷區(space-charge region)。如圖(1)。

(圖1) pn接面

由於接面兩側有相異的離子，在接面會有一個電場存在。離子間的電場相當於兩者間的位能差。因為n型側電位高於p型側而形成內建電位障壁(Built-in potential barrier)，可以阻止任何流往另一邊的多數載子。在攝氏25度時，鍺(Ge)二極體的位能障壁約為0.3V，矽(Si)二極體則為0.7V。