Если в монокристаллической структуре происходит резкое изменение типа примесей от акцепторов (p-типа) к донорам (n-типа), образуется p-n-переход (см. рис. 3B и 3C). На стороне p дырки являются доминирующими носителями и поэтому называются носителями большинства. Несколько термически генерируемых электронов также будут существовать на p-стороне; они называются минорными носителями. На стороне n электроны являются носителями большинства, а дырки — миноритарными носителями. Рядом с переходом находится область, в которой отсутствуют носители свободного заряда. Эта область, называемая обедненным слоем, ведет себя как изолятор.
Наиболее важной характеристикой p-n-переходов является то, что они выпрямляют, то есть позволяют току легко течь только в одном направлении. На рисунке 3A показаны вольт-амперные характеристики типичного кремниевого p-n-перехода. Когда к p-n-переходу прикладывается прямое смещение (то есть положительное напряжение, приложенное к p-стороне по отношению к n-стороне, как показано на рисунке 3B), большинство носителей заряда перемещаются через переход, что позволяет протекать большому току. Однако при приложении обратного смещения (на рисунке 3C) носители заряда, созданные примесями, движутся в противоположных направлениях от перехода, и первоначально протекает лишь небольшой ток утечки. По мере увеличения обратного смещения ток остается очень малым до достижения критического напряжения, при котором ток внезапно возрастает. Это внезапное увеличение тока называется пробоем спая. Обычно это неразрушающее явление, если рассеиваемая мощность ограничена до безопасного значения. Приложенное прямое напряжение обычно составляет менее одного вольта, но обратное критическое напряжение, называемое напряжением пробоя, может варьироваться от менее одного вольта до многих тысяч вольт, в зависимости от концентрации примесей в переходе и других параметров устройства.
