半导体电子学/二极管/结构和工作原理
二极管是由两个等效掺杂的P型和N型半导体连接而成。当它们连接在一起时，会发生一个有趣的现象。P型半导体具有过量的空穴，呈正电荷。N型半导体具有过量的电子。在P型和N型区域的接触点，P型中的空穴会吸引N型材料中的电子。因此，电子会扩散并占据P型材料中的空穴。导致靠近结点的N型区域中的一小部分区域失去电子，并表现为本征半导体材料，在P型中，一小部分区域被空穴填满，并表现为本征半导体。
这个薄的本征区域称为耗尽层，因为它耗尽了电荷（参见上图），因此具有很高的电阻。正是这个耗尽层阻止了多数载流子的进一步扩散。从物理角度来说，耗尽层的尺寸非常薄。
当二极管处于零偏置状态时，即没有偏置，它只是保持原样。几乎没有电流通过二极管。但是，如果您连接二极管的阳极和阴极，您可能会观察到微小的电压或电流，这些电压或电流微不足道。这是因为我们环境中默认存在的电磁频谱（微波背景、热量、光、无线电波）会击落构成电流的半导体晶格中的电子。出于实际原因，这种电流可以认为是零。
在反向偏置中，P型区域连接到负电压，N型区域连接到正极，如上图所示。在这种情况下，P型中的空穴被来自电池/电池的电子填充（换句话说，空穴被吸出二极管）。N型材料中的电子被电池的正极吸出二极管。因此，二极管会耗尽电荷。因此，最初耗尽层会变宽（参见上图），并占据整个二极管。二极管提供的电阻非常大。在反向偏置中流动的电流仅由少数载流子引起，在硅中为纳安培，在高功率硅和锗二极管中为微安培。
在正向偏置中，二极管的P区连接到电池的正极，N区连接到负极。在正向偏置期间，会发生以下过程。电池的正极将更多空穴泵入二极管的P区。负极将电子泵入N区。P区和N区中的过量电荷会对耗尽层施加压力，使其收缩。随着电压升高，耗尽层会变得越来越薄，因此二极管会提供越来越小的电阻。由于电阻减小，电流会随着电压增加（尽管不是成正比）。
在某个特定的电压水平Vf（称为阈值/触发/截止电压）时，耗尽层会消失（被电荷淹没），因此从这一点开始，二极管开始非常容易地导通。从这一点开始，二极管电流会随着施加的电压呈指数增长。