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在pn結上加偏置電壓時，由于空間電荷區內沒有載流子（又稱為耗盡區）形成高阻區，因此，電壓幾乎全部跨落在空間電荷區上。當外加電壓使得p區為正時，勢壘高度減小，空穴從p區向n區的移動以及電子從n區向p區的移動變得容易，在兩個區內有少數載流子注入，因此電流容易流動（稱為正向）。當外加電壓使得n區為正時，勢壘高度增加，載流子的移動就變得困難，幾乎沒有電流流過（此時稱為反向）。當存在外加電壓時，空間電荷區的n區邊界和p區邊界的空穴濃度pn及電子濃度np如下：
當加正向電壓時V>0，加反向電壓時V<0。
由于我們認為外加電壓僅跨越在空間電荷區，所以可視為n區內沒有電場，由空穴構成的電流只是由于它的濃度梯度形成的擴散電流。電流密度Jp為：
同樣，注入到p區的少數載流子電子的電流密度Jn為：
因加編壓V而產生的總電流是空穴電流與電子電流之和，故總電流密度J為：
總電流密度J具有如圖2.13所示的整流特性。正向時，在電壓較大的區域，電流密度與exp(qV/kT)成正比；反向時則趨近于-J0。稱J0為飽和電流密度：
