半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。如今，半导体材料应用广泛，现代数字产品中几乎都能见到半导体的身影。而实际上，半导体之所以有如此高的地位，是由于半导体PN的单向导电性。利用这种单向导电性，人们得以控制电流的导通及其方向，而这正是计算机之所以能够工作的基本原理。
半导体PN结及其单向导电性
半导体指常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，具有共价键结构，通常使用的半导体硅为四价，具有四个价电子。纯净的结构完整的半导体称为本征半导体，导电能力较差，其受到热激发后，部分价电子获得能量克服共价键束缚，称为可以在晶格中自由运动的自由电子，而原共价键中出现一个空位，称为空穴。自由电子和空穴都是载流子，载流子则是可以运输电流的载体。
由于本征半导体导电性较差，因此为了提高其导电性会在其中掺入少量杂质，形成杂质半导体。半导体PN结则是由一个P型半导体和N型半导体组合而成。
N型半导体：
N型半导体是在纯净的硅晶体中掺入五价元素（磷和砷）组成的。杂质中四个价电子与硅组成共价键，剩余一个称为自由电子（载流子）。因此N型半导体中载流子是自由电子。
P型半导体：
P型半导体是在硅中掺杂三价元素（硼）组成的。它和硅中价电子组成共价键时由于缺少一个价电子，从而形成空穴（载流子）。因此P型半导体中的载流子是空穴。
将P型半导体与N型半导体结合之后，由于两侧存在浓度差（N区多自由电子，P区多空穴），就形成了PN结（阻挡层）。N区自由电子向P区扩散，P区空穴向N区扩散，N区就形成带正电离子，P区就形成带负电离子。于是PN结形成了由N区指向P区的内电场。这个内电场会产生两种性质：
1.阻碍多子扩散运动（N区自由电子向P区扩散，P区空穴向N区扩散）
2.促进少子漂移作用（由本征激发产生的自由电子和空穴，数量极少）
由于内电场的这两种性质，当给PN结加正向电压时（P区接正极，N区接负极），形成的外电场会与内电场方向相反，外电场的引入促进了多子扩散，削弱了内电场，电流可以顺利通过，形成较大的扩散电流。由于扩散电流远大于漂移电流，则可以忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性，PN结处于导通状态。
当PN结接反向电压时（N接正极，P接负极），外电场与内电场方向相同，外电场的引入阻碍了多子扩散，使内电场增强，促进了少子漂移。但由于少子漂移数量很少，因此形成的漂移电流较小。PN结呈现高阻性，处于截止状态。
因此，可以得出结论，半导体PN结具有单向导电性。只有给PN结加正向电压时，电路才会导通。
相关文献：《电工与电子技术》——赵承滨
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