P型与N型半导体的特性
P型（Positive）半导体与N型（Negative）半导体的差异，主要体现在它们的载流子类型上。这里所谓的载流子，通俗而言，即导体内部能够自由移动的带电粒子，具体表现为电子或空穴。空穴可视为带正电的准粒子。
通过向半导体材料（通常以硅Si为代表）中掺入不同的杂质元素，能够分别形成P型半导体与N型半导体。在P型半导体内部，可自由移动的粒子为空穴，这些空穴带有正电荷；而在N型半导体中，能够自由流动的粒子为电子，电子带有负电荷。
以下是两种半导体材料的结构示意。在P型半导体中，大红圆代表不可移动的负离子；而小绿圆则表示可自由移动的空穴，这一特性极为重要，需特别留意。同理，在N型半导体中，大绿圆表示不可自由移动的正离子，而小红圆所代表的电子则具有自由移动的能力。
PN结的形成机制
PN结是由P型半导体与N型半导体紧密接触并相互结合而形成的。P型半导体富含空穴（作为正电荷载体），是通过掺入受主杂质原子实现的；而N型半导体则富含自由电子（作为负电荷载体），是通过掺入施主杂质原子获得的。当这两种不同类型的半导体材料相互接触时，在它们的交界区域会形成一个特殊的区域——PN结。
当P型半导体与N型半导体接合时，由于P型侧空穴浓度较高，N型侧电子浓度较高，载流子会在浓度差的驱动下发生扩散运动。具体而言，P型半导体中的空穴会向其浓度较低的区域移动，同时N型半导体中的电子也会扩散至其浓度较低的区域，即进入P型区域。这样一来，在P型区留下了不可自由移动的负离子，而在N型区则留下了不可自由移动的正离子。这些正负离子相互作用，形成从N区指向P区的内电场。这一内电场在很大程度上反映了PN结的工作特性。需要强调的是，虽然PN结的P型区带负电，N型区带正电，但从整体来看，它们是相互中和的，整个PN结仍保持电中性。
PN结形成的具体过程
在杂质半导体中，正电荷与负电荷的数量相等，彼此相互抵消，从而维持电中性。PN结的形成过程可分为以下三个阶段：
载流子浓度差引发的扩散运动
当P型半导体与N型半导体结合后，在它们的接触面附近会出现电子和空穴的浓度差。N型区电子数量多而空穴数量少，相对地，P型区空穴数量多而电子数量少。在这种情况下，电子和空穴会分别从高浓度区域向低浓度区域扩散。具体表现为，部分电子从N型区扩散到P型区，同时部分空穴从P型区扩散到N型区。
电子与空穴复合形成空间电荷区
在扩散过程中，电子与空穴相遇并发生复合（即中和）现象，这导致原本存在于P区和N区的电中性遭到破坏。P区因失去空穴而留下带负电的受主离子，N区因失去电子而留下带正电的施主离子。这些离子由于材料的晶格结构限制而无法自由移动，因而被称为空间电荷。它们主要集中在P区与N区的交界面附近，形成一个狭窄的空间电荷区，即所谓的PN交界处。
内部电场的产生及其对扩散的影响
由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区内形成了一个内电场。该电场的方向是从带正电的N区指向带负电的P区。由于这个电场是在半导体内部自然形成的，因此被称为内电场。内电场的方向对于载流子的扩散运动具有重要影响：它与电子的扩散方向相同，但与空穴的扩散方向相反，从而对载流子的扩散运动起到了阻碍作用。
综上所述，在PN结内部，载流子的运动主要表现为两种形式：其一，多数载流子在内电场阻力下进行的扩散运动；其二，少数载流子在内电场作用下进行的漂移运动。只有当扩散运动与漂移运动达到动态平衡状态时，空间电荷区的宽度以及内建电场才能保持相对稳定。由于这两种运动所产生的电流方向相反，在没有外加电场或其他外部因素干扰的情况下，PN结内部不存在宏观电流。这种动态平衡状态是理解PN结工作原理的关键所在。
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