И ещё один секрет — для полупроводников программно обеспечена возможность превращения энергии возбуждения атомов в энергию зарядовых разбалансов! Для одних элементов предписано, чтобы зарядовые разбалансы получались отрицательные, а других — чтобы положительные. Собственно, потому и существуют полупроводники n-типа и p-типа. Мобильное электричество в виде зарядовых разбалансов, отрицательных и положительных, играет ключевую роль при работе полупроводниковых диодов, т.е. пар образцов p- и n-типа, контактирующих друг с другом весьма плотно, через химические связи — и образующих, таким образом, p-n-переход.
Вот, например, для выпрямления переменного тока широко используется то свойство p-n-перехода, что он хорошо пропускает ток при прямом напряжении, т.е. при подключении p-области к «плюсу», а n-области к «минусу», и плохо пропускает ток при обратном напряжении. Почему? Смотрите: при прямом включении, отрицательные зарядовые разбалансы в n-области мигрируют от «минуса», т.е. к p-n-переходу. С другой стороны, положительные заряды в p-области мигрируют от «плюса» — тоже к p-n-переходу. В итоге, в области p-n-перехода те и другие, практически, компенсируют друг друга. И напряжённость «поля» в материале диода определяется, практически, разностью потенциалов на его электродах. Если эту разность потенциалов поделить на сопротивление материала диода, то получится сила тока посторонних электронов через диод. При обратном же включении, картина совсем другая. Теперь отрицательные зарядовые разбалансы в n-области мигрируют к положительному электроду, а положительные заряды в p-области — к отрицательному электроду. Концентрируясь в приэлектродных областях, они ослабляют напряжённость «поля» в материале диода, создаваемую внешним источником напряжения. Сопротивление материала диода остаётся прежним, а напряжение — по сравнению со случаем прямого включения — становится меньше. Поэтому и ток через диод при этом меньше. До смешного просто.
Ой, а ещё смешнее — полупроводниковый диод с p-n-переходом работает как солнечная батарея. При облучении светом, попадающим в полосу оптического поглощения, он создаёт электродвижущую силу, способную поддерживать слабый постоянный ток в замкнутой цепи. Здесь ток — это, опять же, ток посторонних электронов, которые входят в p-область и выходят из n-области. Почему так получается? Академики полагают, что свет обладает волшебным свойством: действуя на p- и n-области, он увеличивает в них количество «свободных носителей». В n-области, якобы, от света увеличивается количество свободных электронов, а в p-области — увеличивается количество «свободных дырок». Как такое получается в электрически нейтральных кусочках — об этом академиков лучше не спрашивать, чтобы не расстраивать их до слёз. Хотя — тока-то всё равно не получится. Свободные электроны из участка внешней цепи, прилегающей к p-области, будут, конечно, ломиться в эту область. Но в эту область будут ломиться и свободные электроны из n-области. А встречные токи в фотодиоде — это не то, что нам нужно. Чтобы фотодиод работал как насос, перекачивающий электроны, какие-то силы и в p-области и в n-области должны двигать электроны в одну и ту же сторону. Эти силы берутся вот откуда. Свет, из полосы оптического поглощения, продуцирует не свободные носители электричества, а зарядовые разбалансы — положительные в p-области и отрицательные в n-области. Они мигрируют навстречу друг другу, нейтрализуя друг друга в области p-n-перехода, а их энергия превращается в другие формы (например, в тепло). Теперь, внимание: свободные электроны в фотодиоде должны двигаться так, чтобы, по возможности, компенсировать эти токи зарядовых разбалансов. Значит, в p-области электроны должны двигаться попутно с положительными зарядовыми разбалансами, а в n-области — навстречу отрицательным зарядовым разбалансам. Вот и получается сквозное движение свободных электронов через освещаемый фотодиод!