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半导体材料是制造电子器件的基础材料。纯净的硅晶体通过掺杂不同的杂质原子，可以形成两种不同类型的半导体。当掺入三价元素如硼原子时，形成P型半导体，其中空穴是主要的载流子。当掺入五价元素如磷原子时，形成N型半导体，其中自由电子是主要的载流子。这两种半导体的结合将产生重要的电学特性。
当P型半导体和N型半导体紧密接触时，会发生载流子的扩散现象。由于浓度差的存在，N区的自由电子会向P区扩散，而P区的空穴会向N区扩散。这种扩散过程会在接触面附近产生空间电荷，从而形成内建电场。内建电场的方向是从N区指向P区，它会阻止载流子的进一步扩散。同时，在接触面附近形成了载流子浓度很低的耗尽层，这个区域具有很高的电阻。
当PN节加上正向偏置电压时，即P端接电源正极，N端接电源负极，外加电场的方向与内建电场相反。这样就降低了势垒的高度，使得载流子更容易穿越耗尽层。在正向偏置下，耗尽层变窄，P区的空穴和N区的电子都能够克服势垒，形成较大的正向电流。对于硅材料的PN节，正向导通电压约为0.7伏特，电流随电压呈指数增长，表现出低阻抗的导通特性。
当PN节加上反向偏置电压时，即P端接电源负极，N端接电源正极，外加电场与内建电场方向相同，进一步增强了势垒的高度。在这种情况下，耗尽层变得更宽，多数载流子很难克服增高的势垒穿越耗尽层。因此，PN节呈现出高阻抗的截止特性。虽然仍有极少量的少数载流子能够形成微弱的反向电流，但这个电流通常只有微安级别，可以忽略不计。这就是PN节的单向导电特性的基础。
PN节的单向导电特性是其最重要的特征。从伏安特性曲线可以清楚地看到，正向偏置时，当电压超过0.7伏特的导通电压后，电流急剧增加，呈现低阻抗的导通状态。而反向偏置时，只有微弱的反向电流，呈现高阻抗的截止状态。这种单向导电特性使得PN节成为制造二极管的基础，广泛应用于整流电路、开关电路等各种电子设备中，是现代电子技术的重要基石。