在硅单晶半导体中掺入少量的五价元素（P），则磷原子就会与硅原子组成共价键结构。由于磷原子的数目比硅原子要少得多，因此整个晶体结构基本不变，只是某些位置上硅原子被磷原子所代替。由于具有五个价电子，所以一个磷原子同相邻的四个硅原子组成共价键时，还多余一个价电子。这个价电子没有被束缚在共价键内，只受到磷原子核的吸引，所以它受到的束缚力比较小，很容易挣脱束缚变成自由电子，从而使硅单晶中自由电子的数目大大增加。而磷原子失去一个价电子之后，也成了带正电的磷离子。这种半导体主要靠电子导电，叫做电子型半导体，或简称为N型半导体。若在硅单晶中掺入少量的三价元素，例如硼（B），则硼原子也会与硅原子组成共价键结构，但是这种结构有别于上述的那种结构。因为硼原子只有三个价电子，当它同相邻的四个硅原子组成共价键时，还缺少一个价电子，因而在一个共价键上要出现一个空位置。为了满足组成四对共价键的需要，这个空位置很容易接受一个外来电子的填补，而附近硅原子的共有价电子在热激发下，也很容易转移到这个空位置上来于是就在那个硅原子的共价键上出现了一个空穴，而硼原子接受了一个价电子之后，也就成了带负电的硼离子。这样，每个硼原子都能接受一个价电子，同时附近产生一个空穴，从而使硅单晶中的空穴载流子数目大大增加。这种半导体主要是靠空穴导电，叫做空穴型半导体，或简称为P型半导体。
　　

如果设法把P型半导体和N型半导体制造在一起，由于P型与N型之间空穴和电子的浓度差别极大，故P型区中的空穴要从P型区扩散到N型区，N型区中的电子要从N型区扩散到P型区。扩散到的结果，就在交界面附近的P型区中形成很薄一层不能移动的负离子。同时在交界面附近的N型区域中，形成很薄一层不能移动的正离子，在PN交界面两边，就形成了一边带正荷，另一边负电荷的层很薄的区域，称为"空间电荷区"。这就是PN结。PN结内由于空穴和电子所产生的电场称为"内电场"它的方向是由N型区指向P型区。由于这个内电场力的作用，使得当P型区中的空穴想越过空间电荷区而向N型区扩散时，受到内电场的阻力而被拉加P型区。因为这时候空穴的扩散方向刚好与内电场的方向相反。同理，当N型区中的电子想越过空间电荷区而向P型区扩散时，由于电子的扩散方向刚好与内电场的阻力而被拉回N型区。总之，内电场总是要阻得多数载流子。且电能运动的微小粒子的扩散运动，也就是要使空穴流向P型区，电子流向N型区。我们把载流子在电场作用下的定向运动中做漂移运动。显然，载流子的漂移运动的方向是跟扩散运动的方向相反的。漂移作用同扩散作用是互相对立的。由于空间电荷区的电场对电子和空穴的扩散运动起阻碍作用，所以空间电荷区又称为阻挡层。随着扩散运动与漂移运动的继续进行，阻挡层的宽度逐渐趋向于一定。尽管这时扩散运动与漂移运动仍在不断地进行，但是从P区向N区扩散过去多少空穴，同时也有同样多的空穴在电场力的作用下漂移加到P区来。对电子也是一样。也即扩散运动与漂移运动实现了动态平衡。此时，空间电荷区的宽度保持恒定，阻挡层的电场强度保持一定。
　　

由于电场的方向是向电势降落的方向，因此空间电荷区内正离子一边的电势高，负离子一边的电势低，所以空间电荷区的两边存在着一个电势差，也即PN结电势差，称为"内建电势差"，或称为"势垒"。若用UD表示，则硅制成的PN结UD=0.6~0.8V左右；而用锗制成的PN结UD=0.2~0.3V左右。
　　

由于电场的方向是向电势降落的方向，因此空间电荷区内正离子一边的电势高，负离子一边的电势低，所以空间电荷区的两边存在着一个电势差，也即PN结电势差，称为"内建电势差"，或称为"势垒"。若用UD表示，则硅制成的PN结UD=0.6~0.8V左右；而用锗制成的PN结UD=0.2~0.3V左右。

PN结的单向导电性
　　1．正向运用
外加电源的正极接Ｐ区，负极接Ｎ区，这便是给ＰＮ结加正向电压，ＰＮ结的这种运用状态称为正向运用。
　　由于外加电源电压产生的电场方向正好和阻挡层内正、负离子产生的电场方向相反，这就使阻挡层内总的电场减弱，可见有了名加正向电压时，原来阻挡层内扩散作用和漂移作用的平衡就被破坏了。扩散作用占了优势。于是，P区中的多数载流子空穴，就很容易穿过阻挡层扩散到N区，形成空穴电流Ip；同时，N区中的多数载流子，也很容易穿过阻挡层扩散到P区，形成电子电流In。空穴电流和电子电流的方向都是从P区流向N区的，于是在外电路中，PN结的正向电流为二者之和，即I+=Ip+In。如果把正向电压销加大一点，阻挡层中总的电场也就再减弱一些，就会有更多的P区的空穴扩散到N区，使电子电流增大。所以PN结正向导电时，其正向电阻很小，正向电流较大，并且正向电流随外加电压的增加而增大。

2．结的反向运用
外加电源的正极接N区，负极接P区，给PN结加反向电压。PN结的这种运用状态称为反向运用。反向运用时，外加电压阻挡层中产生的电场与阻挡层原来的电场方向相同。因此，阻挡层内总的电场增强。同时外加电压使P区的空穴向左移动，使N区的电子向右移动。由于PN结两边的载流子移走，所以使PN结中所包含的空间电荷量增加，阻挡层变宽。可见，外加反向电压也使阻挡层内扩散作用和漂移作用的平衡受到破坏，使电场的漂移作用占了优势。因而，P区和N区的多数载流子的扩散运动都被阻止。由于本征激发，在P区中有少数载流子电子，在N区中有少数载流子空穴，在PN结反向运用时，电场的漂移作用占优势，因此，P区的少数载流子电子一旦运动到PN结边界处，在电场的作用下就被拉到N区，形成电子电流I＇n，同样，N区的少数载流子空穴一旦运动到PN结边界处，也会在电场的作用下被拉到P区，形成空穴电流I＇p。空穴电流I＇P和电子电流I＇n的方向都是从N区流向P区的，因此PN结的反向电流为I-=I＇P+I＇n。P区的电子和N区的空穴都是少数载流子,数量很少，所以PN结的反向电流是很小的。
　　

综上所述，PN结加正向电压时，电流大，PN结所呈现的电阻小。PN结加反向电压时，电流小，PN结所呈现的电阻大，这就是PN结的单向导电性。

N结的击穿现象
PN结在反向运用时，如果反向电压超过一定的限度，反向电流会突然急剧增大，破坏PN结的单向导电性，这种现象中做PN结反向击穿，当反向电流增加到一定数值时，所对就的反向电压VB，就称为PN结的击穿电压。PN结有两种击穿情况：雪崩击穿和齐纳击穿。

PN结的电容
　　垒电容CT电容器是一种能"存""放"电荷的容器。由于PN结也具有"存""放"电荷的作用，因此"N结内存在着一个等效电容器，称为PN结的势垒电容，又叫阻挡层电容。PN结是怎样"存""放"电荷的呢？PN结空间电荷区的宽窄是随外加电压的变化而变化的。当外加正向电压增大时，空间电荷区就会变窄，当外加正向电压增小时，空间电荷区就要变宽。空间电荷区变窄， 是因为N型区的电子和P型区的空穴进入空间电荷区，中和掉了其中一部分正离子和负离子。这就相当于使一部分电子和空穴"存入"空间电荷区；相反，空间电荷区变宽，是因为靠近阻挡层一些空穴（P区）和电子（N区）被推出，这就相当于使一部分电子和空穴从空间电荷区"放"出来。
　　

PN结势垒电容的存在，相当于在PN结两侧之间并联了一个电容。我们知道，直流电是不能通过电容的。但是高频交流电却可以通过它。如果有很大一部分高频交流电流直接通过PN结电容，那么PN结将失去单向导电性。