Il apparaît que la résistance du silicium pur est énorme ce qui fait qu’il n’est pas directement  utilisable pour la fabrication des diodes, des transistors, …. Pour le rendre utilisable, on augmente sa conductivité en introduisant dans sa structure un certains nombres d’impuretés de sorte que la concentration N en électrons  puisse être nettement supérieur a la concentration intrinsèque mais nettement inférieur a la densité du silicium Nsi.

                                      n_i <<N<<N_si

Cette opération, qui consiste à injecter des impuretés dans le silicium prend le nom de : dopage.

       En introduisant par exemple dans le cristal pur de silicium des atomes de phosphore (pentavalent) comme dopant, 4 électrons de valences seront alors utilisés et la cinquième va se transformer en électron libre facilement car l’énergie nécessaire pour sa libération est très faible.  Autrement dit à la température ambiante, cet électron sera totalement libre, cependant le phosphore va s’ioniser totalement et ses atomes ionisés sont appelés donneurs. Par conséquent les électrons dans le cristal deviennent majoritaires, les trous minoritaires et les atomes ionisés positives. On dit qu’on a un semi-conducteur de type N.

 Lest électrons et les trous sont mobiles et les donneurs immobiles.

   Si nous disposons de monocristal de silicium et de germanium dopé d’une part et d’autre Net P.

   Un premier raisonnement pourrait nous laisser supposer que les électrons et les trous vont se recombiner et équilibrer ainsi le cristal mais ce raisonnement n’est pas valable car chaque fois qu’un électron se déplace, il laisse derrière lui un atome ionisé positif ou négatif respectivement les donneurs et les accepteurs. Par conséquent au voisinage de la zone de jonction, les charges statiques des atomes ionisés vont engendrer un champ électrique E₀, caractérisé par une différence de potentiel V₀ et une épaisseur d₀. Ce champ va s’opposer au passage des électrons de la zone N vers la zone P et au passages des trous de la zone P vers la zone N. il s’établi alors un équilibre dynamique dans la zone de jonction dépourvues des porteurs immobiles. Cependant les porteurs  minoritaires dans les mouvements chaotiques peuvent se retrouver dans la zone de jonction où ils seront accélérés par  le champ électrique. La tension V₀  dépend de la concentration des donneurs ND, la concentration des accepteurs dans la zone du type de semi conducteur et de la température.

Avec V_T   le potentiel thermique. En pratique il est de l’ordre de 26 mV à T = 300^o k.

   V₀ est appelé le potentiel de contact.
    L’épaisseur de la zone de jonction dépend de NA et  ND  du semi-conducteur utilisé et de la température.

 ε_{0 :} La permittivité du vide (  ε_{0= 8.85 F/m)}
 ε_{r :} La permittivité relative du semi-conducteur.( ε_r = 12 pur le silicium).   

    E₀ = V₀ / d_0.   
      VT = KT / q  avec k le constante de Boltzmann.

 

  Si nous polarisons à présent  le cristal sans source extérieur, le pole positif étant relié au semi-conducteur de type N et le pole négatif au semi-conducteur de type P. les trous de la zone P comme les électrons de la zone N reflux vers l’extérieur du cristal. La zone de déplétion est épaissit, le courant dans la jonction due aux porteurs majoritaire est nul. Il existe cependant  un courant résiduel de fuite dû aux porteurs minoritaire. La jonction est en inverse.