PN结是由一个N型掺杂区和一个P型掺杂区紧密接触所构成的，由于N型区内自由电子为多子，空穴几乎为零称为少子，而P型区内空穴为多子，自由电子为少子，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差。
由于自由电子和空穴浓度差的原因，从而在中间形成了一个空间电荷区。在空间电荷区形成后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区形成了内电场，其方向是从带正电的N区指向带负电的P区。显然，这个电场的方向与载流子扩散运动的方向相反，阻止扩散。
要想让PN结导通形成电流，必须消除其空间电荷区的内部电场的阻力。
这时，P区一边失去空穴，留下了带负电的杂质离子；N区一边失去电子，留下了带正电的杂质离子，那如何才能消除呢？
接下来我们进行实验：
实验一：对p型半导体加载负电压会出现怎样的变化呢?
此时N型区域的电子被吸引到正电极，而p型区域的空穴则被吸引到负电极。因此，在中间部位就形成了如同厚厚的墙壁样的区域，断绝了电子的补给。此中间部分的厚壁称为耗尽层。在此状态下,因加载的电压不能使电流流通，所以称为反向电压。
实验二：将P型半导体连接到正电极
将P型半导体连接到正电极，则耗尽层的幅度变窄,P型区域内的空穴越过PN结移动到N型区域,N型区域内的电子则移动到P型区域。
形成这样的状态后，只要稍微加大电压就可以使非常大的电流流通。加载的这种电压称为正向电压。
可见,PN结器件具有整流作用。但是加载反向电压时，仍有微乎其微的电流流通。这是因为存在因热能而穿透耗尽层的注入载流子。这是因热能而引起的电流，与外加电压无关（在反向电场下，支配电流是热能）。
另一方面，加载正向电压时，流入的空穴、电子数量与电压呈指数增长关系,电流变得非常大。因而体现出明显的整流作用。所谓整流作用是指由外部加载电压的极性控制电流流通或不流通的性质。而具有整流作用的拥有两个端子的半导体元件称为二极管。
图所示的整流特性只能粗略地表示其倾向。如果加大反向电压到一定数值时,电流会突然增大,这种现象称为击穿,此时的电压称为齐纳电压。
