PN結是半導體中最基礎的單元，采用不同的摻雜工藝,將P型半導體與N型半導體制作在同一塊半導體基片上,在它們的交界面就形成空間電荷區稱PN結。PN結具有單向導電性。
一塊單晶半導體中 ，一部分摻有受主雜質是P型半導體，另一部分摻有施主雜質是N型半導體時 ，P 型半導體和N型半導體的交界面附近的過渡區稱。PN結有同質結和異質結兩種。用同一種半導體材料制成的 PN 結叫同質結 ，由禁帶寬度不同的兩種半導體材料制成的PN結叫異質結。制造PN結的方法有合金法、擴散法、離子注入法和外延生長法等。制造異質結通常采用外延生長法。
P型半導體：由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的三價元素組成，會在半導體內部形成帶正電的空穴；
N型半導體：由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的五價元素組成，會在半導體內部形成帶負電的自由電子。
在 P 型半導體中有許多帶正電荷的空穴和帶負電荷的電離雜質。在電場的作用下，空穴是可以移動的，而電離雜質（離子）是固定不動的 。N 型半導體中有許多可動的負電子和固定的正離子。當P型和N型半導體接觸時，在界面附近空穴從P型半導體向N型半導體擴散，電子從N型半導體向P型半導體擴散。空穴和電子相遇而復合，載流子消失。因此在界面附近的結區中有一段距離缺少載流子，卻有分布在空間的帶電的固定離子，稱為空間電荷區 。P 型半導體一邊的空間電荷是負離子 ，N 型半導體一邊的空間電荷是正離子。正負離子在界面附近產生電場，這電場阻止載流子進一步擴散 ，達到平衡。
在PN結上外加一電壓 ，如果P型一邊接正極 ，N型一邊接負極，電流便從P型一邊流向N型一邊，空穴和電子都向界面運動，使空間電荷區變窄，電流可以順利通過。如果N型一邊接外加電壓的正極，P型一邊接負極，則空穴和電子都向遠離界面的方向運動，使空間電荷區變寬，電流不能流過。這就是PN結的單向導電性。
PN結加反向電壓時 ，空間電荷區變寬 ， 區中電場增強。反向電壓增大到一定程度時，反向電流將突然增大。如果外電路不能限制電流，則電流會大到將PN結燒毀。反向電流突然增大時的電壓稱擊穿電壓。基本的擊穿機構有兩種，即隧道擊穿和雪崩擊穿。 PN結加反向電壓時，空間電荷區中的正負電荷構成一個電容性的器件。它的電容量隨外加電壓改變。
根據PN結的材料、摻雜分布、幾何結構和偏置條件的不同，利用其基本特性可以制造多種功能的晶體二極管。如利用PN結單向導電性可以制作整流二極管、檢波二極管和開關二極管，利用擊穿特性制作穩壓二極管和雪崩二極管；利用高摻雜PN結隧道效應制作隧道二極管；利用結電容隨外電壓變化效應制作變容二極管。
量子隧穿現象
隧穿效應，是指在兩片金屬間夾有極薄的絕緣層（厚度大約為1nm（10-6mm），如氧化薄膜），當兩端施加勢能形成勢壘V時，導體中有動能E的部分微粒子在E＜V的條件下，可以從絕緣層一側通過勢壘V而達到另一側的物理現象。這個現象在NAND flash中有廣泛的應用。
NAND flash的擦除和寫入的機制
圖1
上圖是一個NAND 單元，其中可以看到中間標注有電子符號的一塊黃色區域就是 NAND flash掉電之后保存電子的地方。通過對于gate極（-8V標注的黃色區域）和下面的P 極（pocket p-well）施加不同的電壓，從而讓電子以隧穿的方式在P極和中間黃色區域挪動。
圖2 圖3
圖2 是NAND flash 擦除的方式，圖3是NAND flash 寫入的方式。
從上面可以看到整個NAND flash的擦除和寫入的原理。
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