p-n结二极管表现出整流行为，即其正向导通、反向截止的电流-电压特性与半导体二极管类似。
对于CNT，p-n结的特性取决于其特定参数：CNT所嵌入的材料的介电常数、掺杂量、z位置处CNT的密度D（E，z）和费米函数F（E）。式（16.6）以函数的形式详细描述了这种依赖关系。CNT的电荷密度和态密度分别定义如下：
式中，R为CNT的半径；Eg为能量差；V（z）为位置z处的静电势。
根据这些方程，的平面p-n结器件的掺杂量不同时，其频带偏移[37]相同。因为一维CNT中库仑力的屏蔽是无效的，所以电荷分布曲线向远离结点处呈对数衰减。因而有必要对结点进行连续充电，来避免电动势下降，维持远离接点处的电动势为常数。与平面设备中的偶极片相反，这种现象因静电偶极环而发生，但在正常的平面器件中，结点附近会存在恒定的电荷，该电荷耗尽区外消失。
在金属和CNT的肖特基平面结点中，也观察到了相同的行为。图16.11所示为金属和CNT[8]界面处的电荷分布。
图16.12所示为CNT耗尽区的宽度随掺杂量的变化情况。随掺杂量的减少，耗尽区势垒降低，因而造成隧道效应，导致负微分电阻器件[38]。
对I-V曲线进行计算证实了根据式（16.7）所得的负微分电阻曲线。
负微分电阻的计算式如下：
式中，T（E）为电子通过结点的概率；FL（E）、FR（E）分别为结点左侧连接线和右侧连接线的费米函数。
16.5.2.1 依赖掺杂类型的p-n结
掺杂受如下两种因素的控制：引入的掺杂剂原子和通过金属电极实现的电荷转移。因而，掺杂决定了器件的特性。有两种类型的掺杂：静电掺杂，化学掺杂。(www.xing528.com)
图16.11 电极电荷分布（远离结点时，电荷分布呈对数衰减）[8]
图16.12 CNT掺杂p-n结耗尽区的宽度 （由Leonard和Tersoff[37]观察得到，该宽度值与掺杂浓度直接相关）
（1）p-n结静电掺杂
静电掺杂的p-n结具有理想的器件特性。但是化学掺杂的p-n结中，掺杂浓度高，且会形成突变结，这使其具有泄漏特性。在此器件中，可通过门限电压控制掺杂强度。这种技术已相当娴熟，通过制造两个相同的背闸电极即可实现[39]（见图16.13）。
（2）p-n结化学掺杂
整流p-n结双极二极管经过调整CNT[40]的化学掺杂量形成。通过催化剂作用，把CNT放置在二氧化硅上，就能实现这种p-n结。形成过程中，CNT吸收环境中的氧分子，就会形成p型CNT。而n型CNT的形成过程如下：在最初形成的半个p型CNT上，涂上聚合物（甲基丙烯甲酯）层，之后，在真空下将另一半暴露钾掺杂物中。钾掺杂剂是通过对钾源进行电学加热而产生的。2000年，Dai等人[41]制造出了这种器件。图16.4所示为这种器件。
图16.13 通过两个相同的背闸电极进行静电掺杂的p-n结CNT器件[39]
图16.14 化学掺杂的p-n结器件[41]
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