Тепер ми готові зробити актуальний корисний пристрій! Візьмемо шматок матеріалу n-типу, і шматок матеріалу p-типу, і склеїмо їх разом, як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\). Таким чином ми будемо робити p-n перехід, або діод, який буде нашим першим справжнім електричним пристроєм, відмінним від простого резистора.

Діаграма смуги з діапазоном e_c вище діапазону E_V, а рівень Фермі на короткій відстані вище валентної зони. Велика кількість позитивних зарядів розташоване нижче валентної зони, а невелика кількість негативних зарядів розташоване вище зони провідності.
Малюнок\(\PageIndex{1}\): Діаграма діапазону для напівпровідника p-типу
Діаграма смуг з двома суцільними горизонтальними лініями, розділеними пунктирною горизонтальною лінією, розбитою на дві частини Ліва половина розташовується ближче до нижньої смузі, а права - ближче до верхньої смуги. Велика кількість позитивних зарядів скупчено нижче лівої половини нижньої смуги, причому кілька розташовуються нижче правої половини. Велика кількість електронів скупчено над правою половиною верхньої смуги, причому кілька розташовуються над лівою половиною.
Малюнок\(\PageIndex{2}\): Нерівноважний p-n перехід

Є кілька речей неправильно з малюнком\(\PageIndex{2}\). Перш за все, одне з правил щодо рівня Фермі полягає в тому, що коли у вас є система в рівновазі (тобто коли вона знаходиться в стані спокою і на неї не впливають зовнішні сили, такі як теплові градієнти, електричні потенціали тощо), рівень Фермі повинен бути скрізь однаковим. По-друге, у нас є велика купа дірок справа і велика купа електронів зліва, і тому ми очікуємо, що при відсутності якоїсь сили тримати їх таким чином, вони почнуть поширюватися, поки їх розподіл не буде більш-менш рівним всюди. Нарешті, ми пам'ятаємо, що дірка - це просто відсутність електрона, і оскільки електрон в зоні провідності може знизити енергію системи, впавши в одне з порожніх дірочних станів, здається ймовірним, що це станеться. Цей процес називається рекомбінацією. Місце, де це швидше за все станеться, звичайно, було б прямо на стику між n і p областями. Це показано на малюнку\(\PageIndex{3}\).

Діаграма смуг з малюнка 2, що показує електрони в центрі верхньої смуги починають падати в нижню смугу, рухаючись трохи вліво.
Малюнок\(\PageIndex{3}\): Рекомбінація дірок і електронів

Тепер може здатися, що цей ефект рекомбінації може просто продовжуватися і продовжуватися, поки в зразку не залишилося носіїв. Однак це не так. Для того, щоб побачити, що все зупиняє, нам потрібна ще одна діаграма. \(\PageIndex{4}\)Фігура більш фізична, ніж те, на що ми дивилися досі. Це картина фактичного p-n переходу, що показує як дірки, так і електрони. Нам також потрібно поставити донорів і акцепторів, однак, якщо ми хочемо побачити, що відбувається. Фіксовані (тобто вони не можуть рухатися) звинувачення донорів і акцепторів представлені простими знаками «+» і «-». Вони розташовані в приємному гратчастому розташуванні, щоб нагадати нам, що вони прилипли до кристалічної решітки. (Однак насправді, незважаючи на те, що вони застрягли в кристалічній решітці, їх так мало порівняно з атомами кремнію, що їх розподіл був би досить випадковим.) Для рухомих дірок і електронів ми зупинимося з маленькими колами зі знаками заряду в них. Вони розподіляються випадковим чином, щоб нагадати нам, що вони вільні рухатися навколо кристала.

Прямокутник ділиться вниз по центру вертикальною пунктирною лінією. Сітка знаків мінус заповнює ліву половину, а сітка знаків плюс заповнює праву половину. Знаки плюса, укладені в кола, розкидані по лівій половині прямокутника, а знаки мінуса, укладені в кола, розкидані по правій половині.
Рисунок\(\PageIndex{4}\): Просторова схема p-n переходу

Тепер нам доведеться дозволити деяким діркам і електронам (знову біля переходу) рекомбінувати. Пам'ятайте, коли електрон і дірка рекомбінуються, вони обидва знищуються і зникають. Зверніть увагу, що цей процес зберігає заряд і (якщо ми могли б його обчислити) імпульс, а також. Очевидно, що втрачається певна енергія, але це просто відображатиметься як вібрації або тепло всередині кристалічної решітки - або, у випадку світлодіода, як світло, що випромінюється від пристрою. Дивіться, вже ми знаємо достатньо про напівпровідниках, щоб зрозуміти (дещо), як працює реальний пристрій. Світло, що надходить від світлодіода - це просто енергія, яка вивільняється, коли електрон і дірка рекомбінують. Ми розглянемо це більш докладно пізніше. Давайте дозволимо відбутися деякій рекомбінації, як показано на малюнку\(\PageIndex{5}\).

З'єднання з малюнком 4 після деякої рекомбінації сталося, так що зникло рівне число замкнених по колу знаків плюс і мінус.
Малюнок\(\PageIndex{5}\): З'єднання після деякої рекомбінації стався