PN结二极管最吸引人的特点是其单向导电性，PC817尽管实际上并不总是采用这种方式工作（如电流仅在一个方向上流动）。该器件是将两种相反掺杂性质的硅块（即P型和N型）堆叠到一起，如图2.5(a)所示。由于结上自由电子和空穴（空穴
与电子性质相反，等效为“反电子”）的浓度梯度相对较高，电子和空穴从高浓度向低浓度区域扩散，即电子从N区域迁移到P区域，而空穴从P区域迁移到N区域。这些迁移的电荷载流子使其原来位置成为离子（也就是，原来的N区域变成正电荷，而P区域成为负电荷），在它们原来的位置形成了耗尽层（也就是耗尽或者是拒绝电荷的区域）并形成电场，其引入的电流与扩散形成的电流方向相反。因此当器件处在平衡状态（即没有净电流流过），扩散电流和漂移电流应该相等，但是方向相反。
    图2.5  (a) PN结二极管的物理轮廓图；(b)PN结二极管的能带图

           
    图2.5(b)所示能带图在描述器件工作状态的时候非常有用，因为其表示了器件的物理特性和电学状态的重要信息。下面来分析能带图，顶部的线表示导带E．、的开始，在此之上的能级，电子作为电荷载流子可以自由移动，而底部的线表示价带Ev的开始，在此之下的能级，电子紧紧限制在原子内部。正是由于E。、之上的电子是电荷载流子，考虑到它们的互补特性，Ev之下的空穴也是电荷载流子。
    对于给定昀材料，两个能带之间的能隙是恒定的，通常称为带隙( E13(，)。费米能级E，位于导带E。、和价带Ev之间，是一个虚拟的能级，电荷载流子存在的概率为50%-对于增加或者减少的能级，概率会呈指数关系下降。但是这也不是说电荷存在在能级B上或者其周围，因为任何电荷都不可以在带隙中存在，只有在带隙之外才可以。同时这就意味着，电荷载流子在之上或者Ev之下出现的概率在距离EF较远的能级上将呈指数关系下降。因此如果EF接近E。，，则在能级Ec、之上发现电荷载流子的概率比在能级Ev之下发现电荷载流子的概率大，并且随着能级升高概率呈指数关系下降，如图2.5(b)所示。类似地，P型材料E，接近Ev，其空穴电荷载流子浓度在Ev能级下达到顶峰，在更低的能级上载流子浓度将呈指数关系下降。