De meeste diodes zijn gemaakt van silicium.
Een siliciumatoom heeft vier elektronen in de buitenste schil. Siliciumatomen vormen samen een kristalstructuur waarin zich geen "vrije elekronen" bevinden. daarom is pure silicium een isolator.
Laten we nu een paar siliciumatomen vervangen door atomen met drie elektronen in de buitenste schil. Elk atoom veroorzaakt nu een "gat" in het kristal. Het trekt nu elektronen aan alsof het positief geladen is. Dit materiaal wordt een P-type halfgeleider genoemd.
We kunnen natuurlijk ook een paar siliciumatomen vervangen door atomen met vijf buitenste elektronen. Dit materiaal wordt een N-type halfgeleider genoemd, omdat het elektronen afstoot.
Wat zal er gebeuren als we wat P- en N-materiaal aan elkaar bevestigen?
Het P-type materiaal trekt elektronen aan terwijl de N-kant ze afstoot. Dus waar P en N elkaar raken zullen elektronen van de N-kant de gaten aan de P-kant opvullen; hierdoor ontstaat er een verarmingslaag:
In deze laag bevinden zich noch vrije gaten, noch vrije elektronen: deze laag is een isolator.
Laten we nu eens kijken wat er gebeurt als we het PN-materiaal onder spanning zetten. Allereerst verbinden we de pluspool van de bron met de P-kant en de minpool met de N-kant:
De minpool van de bron drukt de elektronen in de N-laag door de verarmingslaag, waardoor de gaten in de P-laag worden opgevuld. De P-kant is nu negatief geladen, dus zullen de elektronen van de P-laag naar de pluspool van de bron stromen. Het materiaal is dus nu een geleider geworden!
In ons volgende experiment draaien we de spanning om:
De minpool vult de gaten aan de P-kant op de pluspool trekt de trekt de vrije elektronen in de N-laag aan. Het resultaat is dat de verarmingslaag groter wordt. Met andere woorden: het PN-materiaal is nu een isolator!
Het PN-materiaal vormt dus een onderdeel dat de stroom maar in een richting geleidt: een diode.
Als we een diode in sperrichting op een spanningsbron aansluiten en de spanning opvoeren, dan zien we dat bij een bepaalde spanning er stroom begint te lopen. De spanning waarbij zit gebeurt, noemen we de zenerspanning. Zolang de stroom binnen bepaalde grenzen wordt gehouden zal de diode niet beschadigd raken.
De zenerspanning hangt af van de mate van verontreiniging (niet-siliciumatomen) in het kristal: hoe meer verontreiniging, hoe lager de spanning.
We hebben al gezien dat de verarmingslaag een isolator is. Het resterende deel van het P- en N-materiaal geleidt wel stroom. En hoe noemen we een onderdeel dat bestaat uit twee geleiders met een isolator ertussen? Een condensator!
We hebben ook gezien dat de verarmingslaag dikker wordt naar mate de sperspanning toeneemt. Dit betekent dat de capaciteit afhankelijk is van de spanning.
Alhoewel alle diodes dit gedrag vertonen, zijn er diodes die hier speciaal voor ontworpen zijn. Deze worden varicaps genoemd. Ze worden in radio- en tv-tuners gebruikt. Hiermee kan de frequentie geregeld worden met de sperspanning over de diode.