Дальше все значительно понятнее. В верхней части пластинки оказываются одновременно большая концентрация дырок, обязанных своим появлением примеси, и большая концентрация электронов, обязанных своим появлением диффузии. Такое соседство долго продолжаться не может. Дырки и электроны начинают, как говорят, рекомбинировать. Если проще, то электрон из свободной зоны проваливается в валентную зону и занимает там один из свободных уровней. В результате одна из дырок исчезает.
Происходит так до тех пор, пока в некотором слое, примыкающем к границе между электронным и дырочным полупроводниками, все дырки не рекомбинируют с электронами. Уровни валентной зоны в этом слое окажутся целиком заполненными. Но это еще не все. Электроны, диффундировавшие из нижней части пластинки в верхнюю, приносят с собой дополнительный отрицательный электрический заряд. После рекомбинаций этот заряд накапливается в приграничном слое и изгоняет оттуда (отталкивает) все непрорекомбинировавшие электроны.
Итак, на границе между электронным и дырочным полупроводниками в пластинке образуется слой, лишенный как дырок, так и электронов. Он называется обедненным слоем. Еще одно свойство обедненного слоя — то, что он несет в себе определенный электрический, в нашем случае отрицательный, заряд. Благодаря этому заряду между электронной и дырочной частями пластины устанавливается некоторая разность электрических потенциалов, говорят, потенциальный барьер.
Подобное образование вблизи границы между электронным и дырочным полупроводниками получило название p-n-перехода. Обычно ширина обедненного слоя в p-n-переходе имеет порядок от нескольких микрометров до нескольких долей микрометра.
Обедненный слой электрического тока не проводит. Он представляет, собой изолятор. Но есть у него интересное свойство. Предположим, что некоторый электрон направляется (мы снова допускаем языковую вольность, но что делать, когда нет слов) из нижней половины пластины в верхнюю. Он мог бы и перепрыгнуть через обедненный слой, но этому препятствует потенциальный барьер. Грубо говоря, электрон отталкивается от отрицательного заряда обедненного слоя.
Иначе обстоит дело с электроном, направляющимся сверху вниз, из дырочной области в электронную. Мы забыли сказать, что диффузия электронов в обедненный слой сопровождается не только тем, что обедненный слой заряжается отрицательно. Уходя из электронной части пластины, электроны оставляют там нескомпенсированные положительные электрические заряды. Движущийся сверху вниз электрон притягивается к этим зарядам и легко минует обедненный слой. Все сказанное справедливо и для дырок. Дырка, направляющаяся сверху вниз (мы имеем в виду структуру, показанную на рис. 7) отталкивается от положительного заряда электронной части пластины. Дырка, движущаяся снизу вверх, свободно минует обедненный слой.
Электроны и дырки в полупроводниках принято называть носителями — они как бы переносят электрический ток. Электроны в электронном полупроводнике называют основными носителями. Аналогичным образом основными носителями называют дырки в дырочном полупроводнике. Наоборот, дырки в электронном полупроводнике и электроны в дырочном полупроводнике называют неосновными носителями. С учетом подобной терминологии всё сказанное формулируется в виде следующего утверждения: обедненный слой p-n-перехода непроницаем для основных носителей и проницаем для неосновных носителей.
Кое-что начало проглядываться. Мы получили структуру, которая может быть проницаемой или непроницаемой для электрического тока, и при этом не нужно ничего перетаскивать с места на место. Но как реально использовать обнаруженное свойство?
На рисунке 6 показана в разрезе полупроводниковая пластина, содержащая донорную примесь и, следовательно, представляющая собой электронный полупроводник. Мы пометили ее буквой n, потому что английское слово «negative», то есть «отрицательный», соответствует заряду электрона. Какие операции были проделаны с этой пластинкой? Пластинку поместили в печь, но предварительно прикрыли ее поверхность металлической фольгой с круглым отверстием. После этого печь заполнили парами алюминия и нагрели до температуры чуть больше тысячи градусов Цельсия. Атомы алюминия внедрились в материал пластинки и образовали в нем область дырочного полупроводника, который обозначили буквой p, имея в виду, что это первая буква английского слова «positive», что значит «положительным». Граница между областью p и остальной частью пластины помечена на нашем рисунке цифрой 1.