晶体二极管（也叫半导体二极管）和矿石究竟是怎么会有检波作用的呢？为了说明这个问题，我们应该先谈谈晶体的结构和晶体里有关的一些物理现象。
电子在不同的轨道上围绕原子核以不同的速度旋转，不同的轨道表示不同的能量级别，电子只能占据某一定的能级。一个电子由外层轨道落入内层轨道时便以辐射方式放出能量；反之，一个电子由内层升到外层，则需要吸收能量，这种能量可以热能方式输入。每一轨道上的电子数是有一定的。例如最有代表意义的半导体锗，它的原子有32个电子围绕原子核运行，其中4个电子位于最外层，叫做“价电子”，它决定元素的电性能和化学性能。这4个电子说明了锗是四价的，一个锗原子能与另外4个锗原子联结起来。
许多锗原子以“电子对”的方式联结形成锗晶体（图1），这一对对的电子就像彼此伸出的手一样，即化学上称的“价键”。在晶体中，电子轨道不再像在单原子中安排得那么确切，而以“带”的形式分布着。
价电子环行的带称为“价带”，它最靠近原子核。因价电子与原子核是联系着的，故它是不导电的，可是它们在价带中仍然可以自由运动。如给以能量，可使电子由价带升到另一个能带上去，因为电子在这个能带上是自由的，所以起着导电的作用，这个能带称为导带（外部带）。
半导体材料（锗晶体）的禁带是比较窄的，一般热能就可把电子推向导带。如果一个电子从价带升到导带，则在此原子的价带中便缺少了一个电子，这样一定有一个价键不完整，形成一个“空穴”，像电影院一排观众中有一个人离开座位一样（图3）。空穴对价带中电子有吸引作用，在电场中价带的电子由一个原子跳到另一个原子去填补空穴的运动，也可看成是空穴本身的运动，其运动方向与导带中的电子运动方向相反，因此在半导体中，空穴和电子的运动形成电流。
为什么空穴的运动和电子的运动相反呢？我们可以设想一排观众中第2人向右移动，则“空座位”（空穴）向左移动（实际上是左边一号位子上出现了空座，人代表电子），如果在半导体上加一电压，则电子群移向正极，空穴群移向负极，这里的电子和空穴都被认为是能导电的，一般称为“载流子”。输入的热能愈多，则被激动移向导带的电子也愈多，导电的能力也越大，形成所谓“自导性”，对半导体来说，在室温时热能已足够引起这种导电性。
N型锗
上述的导电性作用即所谓本微导电性，尚不能使晶体产生检波和整流作用；这些作用只有在结晶构造上发生决定性的变化后才会产生。
在晶体里掺入化学杂质可产生另外一种导电性。
若在形成晶形前的锗熔液中加入五价的锑（有五个价电子），这样锑原子便渗入结晶格子中去了。构成锗结晶，仅需锑原子中的4个价电子形成价键。锑原子中的第5个价电子处在力量不平衡的状态下，给予很小的热能就能将它移向导带，一般在室温时所有多余的电子都已处在导带，失去一个电子的锑原子（正离子）仍在晶格中牢固地联结着。这些失去电子的（也可以说能拿出电子的）元素称为“施主”。如此形成的半导体晶体因为它是电子导电型的，叫“电子导电型半导体”，也叫“N型半导体”，这样形成的锗也就叫N型锗。
P型锗
如果不用上述的5价元素而采用了3价元素（例如硼），则价键中缺少一电子。为了填满价键，便只好由毗邻的锗中攫取一电子，这样便形成“空穴”，空穴被电子填满，另一处又出现空穴，空穴自一个原子移向另一个原子，就产生导电作用。它的运动情况与N型锗中之电子类似，同样很小的能量便已能把其他锗原子的电子扯开而来弥补空穴，这种元素因为它接受电子，称为“受主”。这样形成的锗晶体称为空穴导电型半导体，也叫P型半导体，这样形成的锗晶体就叫P型锗。
施主和受主都称为杂质，N型和P型锗称为“杂质半导体”，因为它们是用人工掺入杂质的方法制成的。
当晶体内杂质的密度和性质有变化时，就形成P－N结。我们现在考虑一个一半为施主，另一半为受主的“PN结”。在制造这种结晶时是采用先将锑熔入锗中，然后取出一些这种状态的锗，在这些取出的锗中加入足够的“受主”如硼，使硼的效应超过锑的效应，这样便形成一种结晶，其第一部分为N型，第二部分是P型，因此就形成一个P－N的结合叫PN结。杂质加入的数量是极微的，需能在制造中预先精确地掌握。
PN结合层的形成和性质
我们设想一个P－N结，它的两端分别为P型及N型半导体，在此二端的交接处便有一过渡区，又叫做结合层。
设在P区及N区内载流子（电子或空穴）的浓度是不相等的，则在过渡区内电子便自N区向P区扩散，这样便造成N区缺少电子。相反，空穴自P区向N区扩散，这样便造成P区缺少空穴。所以在P区内便有负的空间电荷集聚，而在N区内有正的空间电荷集聚，同时，因为这些扩散的空穴和电子又与其相当的带有相反电荷的载流子再结合起来，所以更加强了这个作用。由于这些作用，空间电荷将大到如此地步，使得空穴不复能从P区逸出而渗入N区，空穴在这里遇到一高到不能逾越的正电位壁垒。在另端其情况完全一样，仅符号相反而已，电子不能越过由于同样的理由产生的负电位壁垒。至此扩散便终止，在过渡区形成一个“电荷的双层”
设若在表示正电位和负电位的把上下颠倒一下，把P区的负电位“抬高”表示，而把正电位朝下，恰与前述两种表示法相反（空间电荷和电位）。
在导带的电子譬如“铁球”，禁带譬如“天花板”空穴譬如氢气球。铁球不能穿过天花板而下坠；氢气球也不能穿过天花板而上升。氢气球飘浮在天花板下面（价带），而铁球则高一层静止在天花板上（在导带）。如果没有电位跳跃存在，则天花板应是平的，但电位跳跃起的作用，使在P区的天花板高于N区的，所以在过渡区里出现了一个斜平面。因为在N区的电子犹如铁球，所以不能从右向左滚上电位壁垒；空穴犹如氢气球，所以也不能从左向右沉下电位壁垒。
不过，在实际情况中，不论是空穴，或是电子都不是在完全静止的状态中的，它们由于经常存在的热能的作用而跳跃。因此电子获得足够的能量而能跃上左面的高垒的情况也可能发生，对于空穴而言上述情况也同样是可能的，仅运动方向相反。这扩散一直进行，直到电位壁垒已高于由能量而激起的电位跳跃时才终止。
假如在P区及N区加上一电压，则能带（图中之天花板）将被提高或压低。正电位使它压低，负电位使它升高。
PN结中的整流作用
图7A表示PN结两端不接电压时的平衡状态。图7B表示直流电源的正极接在N层，负极接在P层。电位壁垒由于接上了电压而显著地增高了，在N区的电子和在P区的空穴便被撤出过渡区，由此便在过渡区发生了载流子贫乏的现象，P区和N区的高度之差变得如此的大，以至于相互的扩散不可能进行，过渡区便对导电起着阻塞的作用，电流便因此而不复能通过。
实际上情况稍有些不同，在P区内还有小浓度的自由电子，在N区内还有小浓度的空穴。成对联结的在P区电子持续不断地产生着（自导性及相反的杂质），它（假想如铁球）滚下而进入N区，空穴（假想如氢气球）自N区升上电位壁垒而进入P区，电位壁垒的高度对于它们是不起作用的。约十分之几伏的微弱电压已能掌握住全部这种的载流子，这样得到的电流称为“阻塞电流”，它是个饱和电流。
在图7C中，电源接法恰与图7B相反。电源的正极接在P层，负极接在N层，所以N区被提高而P区被压低，由此造成一平坦的过渡区。许多有足够跳跃能力的电子便能进入P区，此电子便被正电极吸引，空穴的情况与电子一样，仅相反而已，空穴扩散到N区。电位壁垒越低，则从一区进入另一区的载流子便越多，所以便与外加电压有关，外加电压越高，则电位壁垒越低，通过电流也就越大。
交流电的极性随频率而变，一会儿正电极接在P层，但在下半个周期中便是负电极接在P层，在一个方向上电流受到阻塞，但在另一方向上它将畅流无阻，这样就产生了整流和检波作用。
从图7B中可从看到，在很小的负电压时，仅阻塞电流在流，实际上它要在负电压高出-100伏时才会显著地增大。
图8表示一个PN型锗整流器的电流电压特性曲线，曲线表示，电压为正向时，电流增加很大，导电容易；而电压为负时，电流（反向）增加很慢，导电困难。
矿石的检波作用
很久以前科学家们就发现了天然矿石的整流和检波作用，直到今天这种检波器还在一定的范围内应用着（例如矿石收音机）。
我们知道，在许多天然晶体的组织中同样地也有化学杂质存在着。在前述的人造晶体中杂质是均匀地分布着的，即在晶体表面的任何位置，其电性能的灵敏度是一样的。而在天然矿石中的杂质密度却是不均匀的，由于这个缘故所以天然矿石并不是表面的任何一点都具有整流作用的，要用一根可移动的金属针在晶体表面寻找那有最好整流作用的一点，这种点就叫做灵敏点。矿石（晶体检波器）相当于一个点接触的半导作整流器，在针尖端的四周形成一个区域，这个区域叫做“接触隘口”，检波整流作用就是由于这个区而引起的，其检波作用的过程和上面所谈的P－N结型晶体整流器相同。晶体检波器的基本结构形式在新式的晶体二极管中仍保留着。（（本刊特约稿）（德意志民主共和国）约·寇勒）