類比電子/PN接面
此頁面快速概括了pn結的概念及其基本行為。有關更詳細的分析，請參閱半導體Wikibook和電子材料Wikibook。
固體晶格中的電子必須存在於某些電子態中。由於晶格中原子之間的相互作用，這些狀態被分組為能帶，並由能隙隔開，其中不存在任何狀態。因此，電子不能存在於這些能隙中。
在半導體中，在絕對零度（0K）時，直至幷包括價帶的所有能帶都完全充滿了電子。導帶 - 價帶以上能隙之上的下一個能帶（稱為能隙） - 完全沒有電子。高於導帶的所有能帶也是如此。
完全充滿或完全空的能帶中的電子不能對電流做出貢獻，因此0K時的半導體是完美的絕緣體。在較高溫度下，熱能導致一些電子越過能隙並存在於導帶中。這些電子以及電子離開導帶時留下的空穴現在可以有助於承載電流。隨著溫度升高，越來越多的電子可以進行這種躍遷，半導體變得更具導電性。
半導體可以新增雜質以引入更多電子或空穴，以製造p型或n型半導體。這些主要透過一種載流子導電
| N型材料 | P型材料 |
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當p型半導體與n型半導體連線時，兩者之間的介面稱為pn結。
由於n型材料中的電子濃度遠高於p型材料，因此電子將傾向於擴散穿過結進入p型材料。同樣，空穴也傾向於從p型擴散到n型材料。
由於材料本身沒有淨電荷，因此這種擴散會形成電荷不平衡。n型材料失去了電子並獲得了空穴，現在具有淨正電荷，而p型材料失去了空穴並獲得了電子，具有淨負電荷。這在兩種型別的材料之間產生電勢差，這將抵消空穴和電子的擴散，並將它們拉回到起始位置。這種在電勢差下相反的電荷流動稱為漂移。
在平衡狀態下，這兩種效應將相互抵消，並且不會有淨電流流動
- 空穴從p型到n型的擴散等於空穴從n型到p型的漂移
- 電子從n型到p型的擴散等於電子從p型到n型的漂移
結附近的區域將沒有載流子存在，因為它們已與其來自另一種材料的對應物複合。該區域稱為耗盡區，有時也稱為空間電荷區。此處仍然存在帶電粒子，但它們是晶格中原子核，無法移動。
在平衡狀態下，兩種材料之間仍然存在電勢，稱為內建電壓或勢壘。電場，由耗盡區中載流子離開後留下的不平衡電荷的存在在耗盡區中建立起來。在耗盡區的n型材料側，剩餘的原子具有淨正電荷（它們缺少一個電子），而在p型側，由於獲得了額外的電子，它們具有淨負電荷。
因此，電場從n型材料指向p型材料
如圖所示，n型材料中剩餘的電子必須克服勢壘（並克服電場）才能穿過結（從右到左），類似地，空穴也需要克服勢壘才能從左到右移動。請記住，n型材料中只有很少的自由空穴，p型材料中只有很少的電子，因此不可能以這種方式流動電流。
為了克服勢壘，可以在結上施加外部電勢。
在考慮外部電場的作用時，首先要注意的是，耗盡區以外的半導體與耗盡區相比具有很高的導電性。這意味著施加到器件上的任何電位差都將集中在耗盡區，並且不會在未耗盡的半導體中表現為電場。
想象一下，將pn結連線到電壓源，使n型材料的電位低於p型。來自外部電位差的電場，，與內部電場相反。這給出了的總電場。
這意味著反對載流子流動的電場也減小了，因此一些載流子將擴散過去。減小的電場將使結再次達到平衡，但耗盡區將更短。這種情況下的能帶圖如下所示
勢壘降低也意味著一些具有熱能的電子和空穴可以“躍過”耗盡區，然後它們將被施加的電壓從半導體中掃出。如果外部電勢大於內部電勢，則勢壘將反轉，電子和空穴幾乎可以不受阻礙地流過結 - 一旦超過勢壘電壓，就可以流動非常大的電流。
現在，考慮將結連線，使n型材料的電位高於p型材料。外部電位引起的電場將增強內部電位，並使其
這將迫使更多的載流子離開結附近的區域，使耗盡區變大。勢壘的增加意味著載流子需要更多的能量才能越過耗盡區，而且外部場也在與它們對抗。
這意味著沒有由於多數載流子（n型中的電子和p型中的空穴）引起的電流將流過結。
在這種情況下，唯一可能流動的電流是微小的漏電流，它由少數載流子（n型材料中的空穴和p型材料中的電子）組成。由於這些載流子非常稀少，因此該電流非常小（通常只有幾納安）。
如半導體中所示，仔細考慮上述效應會導致以下描述pn結的方程。
[Ebers-Moll方程]
其中
- IS是反向飽和電流（由熱活動引起 - 通常對於“正常”電壓約為20nA）
- VT是熱電壓（在室溫下約為25mV）
- V是施加的電壓
- I是流過結的電流
這被稱為pn結的“Ebers-Moll”模型。
完全遵循此模型的二極體具有非常極端的特性 - 超過勢壘後，電流變得很大，而在反向偏置時則很小。下圖為了清晰起見，誇大了反向電流並減少了正向電流的增長。
當V不非常接近0時，我們可以以相當高的精度將電流近似如下：
對於正向偏置，
對於反向偏置，
通常，V0的值取約0.7V。此時，結開始對流過的電流提供極小的電阻。即使在此值之前電流也流動，但它很小（比圖中顯示的要小得多）。