A dióda a legegyszerűbb félvezető eszköz, amelynek legérdekesebb része a p-n átmeneti réteg és környezete, ahol a két különböző szennyezettségű félvezető kristály érintkezik és kerül kölcsönhatásba egymással.

Ha egy p-típusú és egy n-típusú félvezető kristályt összeillesztünk, az érintkezési felület mellett, egy nagyon keskeny sávban töltésátrendeződés történik.

Az n-típusú kristályban, a donor foszforatomokkal bekerült, a kötés kialakításában részt nem vevő ötödik vegyértékelektronok a Si-kristály atomtörzsei között szabadon mozognak, amíg a p-típusú kristályban az akceptor bóratomok melletti kötésben lyuk (elektronhiány) van.

A p- és n-szennyezett félvezető kristály összeillesztését követően a p-típusú kristályban található akceptor lyukak vonzásának hatására a kóborló elektronok átvándorolnak (átdiffundálnak) a p-rétegnek egy igen keskeny sávjába, ahol az elektronok rekombinálódnak a lyukakkal. Ez a kezdetben akadálytalan vándorlás igen nagy változásokat eredményez.

Az elektronoknak az n-rétegből a p-rétegbe történt diffúziója következtében a töltésegyensúly felborul ebben a keskeny rétegben[1]. Az n-típusú félvezető határ menti rétegében elektronhiány lesz, illetve a p-típusú rétegben többlet elektronok jelennek meg[2].

Az így kialakult szabad töltéshordozókban szegény réteget zárórétegnek (vagy határrétegnek) nevezzük.

Tehát a záróréteg p-típusú szennyezett felén elektrontöbblet alakult ki, a záróréteg n-típusú oldalán elektronhiány alakult ki. Ennek következtében a záróréteg két oldalán érintkezési potenciálkülönbség[3] (feszültség) jön létre. Az így kialakult elektromos térerősség-vektor (Ebelső)[4] iránya az n-típusú kristály irányából a p-típusú kristály irányába mutat.

Mivel az elektronok mozgása mindig ellentétes az elektromos térerősség irányával[5], ezért az Ebelső megakadályozza az elektronok további mozgását a p-típusú kristályba, illetve ezzel a további, mélyebb rétegű rekombinációt.

Tehát a pozitív többlettöltés megjelenése miatt a záróréteg n-típusú oldalának potenciálja magasabb lesz, mint a záróréteg elektrontöbblettel rendelkező p-típusú oldaláé. Ez az a potenciálgát, amely megakadályozza az elektronok további (termikus) diffúzióját az n-rétegből a p-rétegbe.

A dióda

A dióda egy összeillesztett p- és n-szennyezett félvezető kristályból áll, amelyben kialakult a záróréteg[6][7]. Tulajdonképpen a diódát egy tiszta szilíciumkristályból készítik, amelynek mindkét felét külön szennyezik.

A dióda áramköri jele és nyitó irányú polaritásának jelölése
A dióda működését A dióda áramköri elemként oldalon részletezzük.

A lényeg

1. A p- és n-szennyezett félvezető kristály összeillesztését követően a p-típusú kristályban található akceptor lyukak vonzásának hatására a kóborló elektronok átvándorolnak (átdiffundálnak) a p-rétegnek egy igen keskeny sávjába, ahol az elektronok rekombinálódnak a lyukakkal.

2. Az n-típusú félvezető határ menti rétegében elektronhiány lesz, a p-típusú rétegben többlet elektronok jelennek meg.

3. Az így kialakult szabad töltéshordozókban szegény réteget zárórétegnek (vagy határrétegnek) nevezzük.

4. A töltésegyensúly felborulása következtében a zárórétegben egy Ebelső elektromos mező jön létre.

5. Az Ebelső megakadályozza az elektronok további (termikus) diffúzióját.

A p-tartományból a határréteghez érkező lyukak (Ily – lyukáram) csak akkor haladhatnak tovább, ha leküzdik az Uo potenciálkülönbséget. Erre csak azok a lyukak lesznek képesek, amelyek termikus energiája eléri a q∆U energiát. A jelenség hasonló az elektronok számára is, csak ellenkező irányban.
A gerjesztésnek (termikus energia) köszönhetően az n-tartományban is vannak lyukak (Ily*), noha igen kis számban. Mégis, ezek az n-tartománybeli lyukak elkezdenek vándorolni a p-tartomány negatív potenciálúvá vált határrétege irányába, hasonlóképpen az elektronok is az ellentett irányba. Tehát létrejön a többségi töltéshordozókkal ellentétes irányú csekély áram a két tartomány kisebbségi töltéshordozóinak köszönhetően.
A p-n átmenet akkor kerül egyensúlyba, amikor létre jön a dinamikus egyensúly a jobbra és balra vándorló lyukáram, illetve balra és jobbra vándorló elektronáram között.

Ily  = Ily*       és       Ie  = Ie*

[1] Ne felejtsük el, hogy külön-külön sem az n-típusú, sem a p-típusú félvezetőkristály nem tartalmaz többlettöltést. Az elektrontöbblet, illetve elektronhiány (másképpen lyuktöbblet) a kristályrács kovalens kötéséhez szükséges elektronigényhez mérten többlet vagy hiány.
[2] Az ábrán a határfelület jobb oldalán – n-réteg – több proton van az atommagokban, mint elektron az atomtörzsekben és kovalens kötésekben, amíg a határfelület bal oldalán – p-réteg – az elektronhiányos kovalens kötések eltöltődnek elektronokkal, de ezzel az egyes szennyező atomok környezetében több lesz az elektron, mint az atommagokban a proton.
[3] Nem jön létre ugyan a kondenzátorokéhoz hasonló felületi töltéseloszlás, de a kialakult belső potenciálkülönbség ábrázolását könnyíti.
[4] A térerősségvektor a pozitív töltés irányából mutat a negatív töltés irányában. Az elektrontöbblet a p-szennyezettségű oldalon van, amíg az protontöbblet (pontosabban elektronhiány) az n-szennyezettségű oldalon.
[5] Definíció szerint az elektromos térerősség-vektor iránya megegyezik a pozitív próbatöltésre ható elektromos (Coulomb-) erő irányával. Tehát a pozitív töltés a elektromos mezőben a térerősség irányába mozog. Az elektron ezzel ellentétes irányba.