Lors de la jonction de deux matériaux semi-conducteurs, l'un dopé N et l'autre dopé P, les cations (ions positifs) fixes de l'échantillon dopé N repoussent les porteurs de charge majoritaires (trous) présents dans l'échantillon dopé P. Un phénomène symétrique est produit par l'échantillon dopé P : ses anions (ions négatifs) repoussent les porteurs de charge majoritaires (électrons) présents dans l'échantillon dopé N. Il en résulte une zone dépourvue de porteurs de charge appelée zone de transition où règne un champ électrique qui s'oppose au passage de ces derniers d'un échantillon vers l'autre :

     Dans les diagrammes de bande que nous avons vu précedemment, il nus faut maintenant rajouter une autre quantification importante de l'énergie : le niveau de Fermi. Ce niveau d'énergie représente un lieu d'équilibre particulier (donné par la fonction de Fermi) entre nombre d'électrons dans la bande de conduction et nombre de trous dans la bande de valence.

- Dans le semi-conducteur intrinsèque, le niveau de Fermi se situe au milieu de la bande interdite.

- Dans le matériau dopé N, le niveau de Fermi se situe légerement en dessous du minimum de la bande de conduction, sa position exacte est donnée par l'expression suivante :
     
avec :
kb : constante de Boltzmann (1.380658E-23 J/K)
Nc : constante propre au matériau utilisé : densité de niveau de conduction
Nd : densité d'atomes donneurs dans le matériau dopé N

- Dans un matériau dopé P, le niveau de Fermi se situe légerement en dessus du maximum de la bande de valence, sa position exacte est donnée par l'expression suivante :
     
avec :
kb : constante de Boltzmann (1.380658E-23 J/K)
Nv : constante propre au matériau utilisé : densité de niveau de valence
Na : densité d'accepteurs dans le matériau dopé P

     On supposera que les deux matériaux sont à l'équilibre thermodynamique.
Lorsque l'on fait se rejoindre les deux matériaux respectivement dopés N et P, leurs deux niveaux de Fermi se rejoignent en créant une distortion des niveaux d'énergie dans la zone d'interface caractérisée par l'apprition d'une barrière de potentiel qVb :

Où :
     
      Cependant, en réalité, la zone d'interface n'est pas infiniment étroite comme pourrait nous le faire croire ce schéma simplifié. Le schéma suivant représentant la densité d'accepteurs et de donneurs en fonction du paramètre spatial x de la jonction nous permet d'observer les différents niveaux de simplification :

Dans ce dernier, la jonction abrupte et la jonction graduelle sont des simplifications de la réalité, représentée en vert.