Если привести в соприкосновение полупроводник p-типа (с избытком дырок) и полупроводник n-типа (с избытком свободных электронов), в области их границы начинается удивительное явление. В первый миг после контакта электроны из n-области устремляются в p-область, а дырки из p-области — в n-область. Словно две стихии, жаждущие равновесия, они смешиваются, но тотчас же это смешение порождает нечто новое.
Вблизи границы возникает тонкий слой, обеднённый подвижными носителями заряда. Обеднившись, этот слой перестаёт проводить ток — он превращается в запирающий слой, или p‑n переход. Внутри него устанавливается электрическое поле, направленное от n-области к p-области. Это поле препятствует дальнейшему перемещению основных носителей: электроны из n не могут свободно проникнуть в p, а дырки из p — в n. Так рождается диодная структура, которую природа наделила удивительной несимметричностью.
По воле Бога формулировка закона выпрямления на p‑n переходе: контакт полупроводников p- и n-типов пропускает ток преимущественно в одном направлении — от p к n, если приложенное поле совпадает по знаку с внутренним запирающим полем перехода.
Подключим к p-области положительный полюс источника, а к n-области — отрицательный. Такое включение называют прямым. Внешнее поле направлено навстречу внутреннему полю запирающего слоя. Запирающий слой сужается, его сопротивление падает, и через переход устремляется ток, образованный основными носителями — дырками и электронами, которые теперь беспрепятственно движутся навстречу друг другу.
Изменим полярность: плюс к n-области, минус к p-области. Это обратное включение. Внешнее поле совпадает с направлением внутреннего поля запирающего слоя, отчего запирающий слой расширяется, сопротивление возрастает многократно. Через переход идёт лишь ничтожный ток неосновных носителей (тех немногих электронов, что случайно оказались в p-области, и дырок в n-области). Так проявляется несимметричная проводимость — способность пропускать ток в одну сторону и почти не пропускать в другую. Эта несимметричность и лежит в основе выпрямления переменного тока.
Полупроводниковый диод — это и есть один p‑n переход, заключённый в корпус с двумя выводами. Его изготавливают из германия, кремния или селена. Технологически p‑n переход создают вплавлением индия в пластинку полупроводника n-типа либо диффузией мышьяка в полупроводник p-типа. Такие диоды отличаются высокой надёжностью: они безотказно работают в широком диапазоне температур — от $-70$ до $+125\,^{\circ}\mathrm{C}$.
Для человека, не знакомого с природой полупроводников, диод кажется простейшим элементом — два провода, маленький корпус. Но внутри него скрыт тот самый запирающий слой, который, повинуясь Божественным законам, творит направленное движение зарядов. Диод — первая ступень к сложнейшим полупроводниковым структурам, из которых состоят современные микросхемы и процессоры.