Podemos crear un La unión PN conectando cara a cara una arena de tipo p semiconductor tipo n bloque de cristal mediante técnicas especiales. Podemos formar una unión p n prácticamente dopando un lado de un cristal semiconductor por impureza trivalente y otro lado por impureza pentavalente. El lado del cristal semiconductor donde dopamos la impureza trivalente, se forma semiconductor tipo p y el lado del cristal del semiconductor donde dopamos la impureza pentavalente formó un semiconductor de tipo n. La parte media del cristal donde estos semiconductores tipo p y tipo n se encuentran con una típica unión formada que se conoce como unión P-N. Debido a esta unión, el bloque de cristal semiconductor obtiene una característica típica de voltaje y corriente. Esta característica voltaje-corriente es la base de todos los elementos semiconductores.
Examinemos ahora cómo se crea esta unión pn. Todos sabemos que hay muchos agujeros en el semiconductor tipo p y muchos electrones libres en el semiconductor tipo n. De nuevo en el semiconductor tipo p hay un número de átomos de impureza trivalentes, e idealmente, cada agujero en el semiconductor tipo p está asociado con un átomo de impureza trivalente. Aquí usamos la palabra ideal porque aquí descuidamos los electrones generados térmicamente y los agujeros en el cristal. Ahora bien, si un electrón se asienta en un agujero, el átomo de impureza que estaba asociado a ese agujero se convierte ahora en iones negativos. Porque ahora contiene un electrón extra. Como los átomos de impureza trivalentes aceptan electrones y se cargan negativamente, la impureza se llama impureza aceptadora. Los átomos de impureza reemplazan un número igual de semiconductor los átomos en el cristal y se colocan en la estructura del cristal. Por lo tanto, los átomos de impureza son estáticos en la estructura de cristal. Cuando estos átomos de impureza trivalentes aceptan electrones libres y se convierten en iones negativos, los iones permanecen estáticos. De forma similar, cuando un cristal semiconductor es dopado con la impureza pentavalente, cada átomo de impureza reemplazan al átomo de semiconductor en la estructura del cristal, por lo que estos átomos de impureza se vuelven estáticos en la estructura del cristal.
Cada átomo de impureza pentavalente en la estructura del cristal tiene un electrón extra en la órbita más exterior que puede eliminar fácilmente como un electrón libre. Cuando elimina ese electrón se convierte en iones con carga positiva. Como los átomos de impureza pentavalente donan electrones al cristal semiconductor, la impureza pentavalente se llama impureza donante. Durante discusión de la unión pnhemos discutido los átomos de impureza estáticos aceptantes y donantes porque estos juegan un papel primordial en la formación de la unión pn.
Lleguemos al punto en el que un semiconductor tipo p entra en contacto con una semiconductor tipo nLos electrones libres en el semiconductor de tipo n más cercano a la unión migran primero al semiconductor de tipo p debido a la difusión porque la concentración de electrones libres es mucho mayor en la región de tipo n que en la de tipo p. Los electrones que llegan a la región p se combinarán con los agujeros que encuentren primero. Eso significa que los electrones libres que vienen de la región tipo n se combinarán con los átomos de impurezas aceptadas más cerca de la unión. Este fenómeno produce iones negativos. A medida que los átomos de impureza del aceptador más cercanos a la unión en la región tipo p, se convierten en iones negativos, habrá una capa de iones estáticos negativos en la región p adyacente a la unión.
Es obvio que los electrones libres de la región de tipo n migrarán primero a la región de tipo p que los electrones libres de la región de tipo n alejados de la unión. Esto crea una capa de iones positivos estáticos en la región de tipo n adyacente a la unión. Después de la formación de la capa suficientemente gruesa de iones positivos en la región de tipo n y de la capa de iones negativos en la región de tipo p, no habrá más difusión de electrones de la región de tipo n a la región de tipo p, ya que hay una pared negativa delante de los electrones libres. Estas dos capas de iones forman la unión pn.
Como una capa está cargada negativamente y otra positivamente, habrá un potencial eléctrico a través de la unión y la unión se comporta como una barrera potencial. El potencial de la barrera depende del material semiconductor, la cantidad de dopaje y la temperatura. Se ha descubierto que el potencial de barrera para el semiconductor de germanio es de 0,3 voltios a 25oC, y es para el semiconductor de silicio 0,7 voltios a la misma temperatura. Esta barrera de potencial no contiene ningún electrón libre o agujero, ya que todos los electrones libres se combinan con agujeros en esta región y debido al agotamiento de carga los portadores (electrones o agujeros) en esta región también se llama región de agotamiento. Aunque la difusión de los electrones libres y los agujeros se detiene después de la creación de cierta capa de agotamiento gruesa, pero prácticamente este grosor de la capa de agotamiento es muy pequeño, en un rango de micrómetros.
