目前，半导体材料使用最多的为硅和锗两种。在初中化学中，我们就知道：硅（Si）的原子序数是14，外层有4个电子；锗（Ge）的原子序数是32，外层也是4个电子。外层电子数量一样，因而它们具有一样的化学特性：既不像金属原子那样活跃，也不像非金属原子那样稳定。
电子中，我们把完全纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体，硅和锗都属于本征半导体。在本征半导体中掺入一定的杂质，就会使半导体的导电性能发生重大变化。在本征半导体中加入微量元素如砷（As）或磷（P），可使半导体中自由电子浓度增加，形成我们常说的“N型半导体”。在本征半导体中加入微量元素如硼（B）或铟（In），可使半导体中空穴浓度增加，形成我们常说的“P型半导体”。注：本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。电子挣脱化学共价键成为自由电子的同时，就成为留下一个空穴。电子和空穴往往成对产生，并同时参与导电，这是半导体导电的基本理论依据。
在P型半导体和N型半导体结合后，由于N型区内自由电子为多子，空穴几乎为零，可以称为少子。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，N区的多子电子向P区扩散，P区的多子空穴向N区扩散。它们扩散的结果是：P区一侧失去空穴，留下了带负电的杂质离子；N区一侧失去电子，留下了带正电的杂质离子。
这些带有电荷的离子，形成很薄的空间电荷区，即PN结。虽然，带电荷的电子还会运动。但在电荷的相互作用下，形成内电场，内电场会阻碍P区和N区的多子扩散运动。另外，P区和N区的少子靠近PN结，也会在电场的作用下发生漂移，最终使PN结达到平衡状态，达成我们所知道的PN结。