Dans un transistor bipolaire, l'émetteur a un dopage beaucoup plus élevé que la base. Lorsque vous appliquez une polarisation directe à la diode base-émetteur, le courant circule et, en raison du dopage plus élevé dans l'émetteur, beaucoup plus d'électrons circulent de l'émetteur dans la base que de trous ne s'écoulent de la base dans l'émetteur.
Le courant dans un semi-conducteur peut circuler via deux mécanismes principaux: il y a un courant de "dérive", où un champ électrique accélère les électrons dans une certaine direction. C'est le moyen simple de circulation du courant auquel nous sommes tous habitués. Il y a aussi le courant de "diffusion", où les électrons se déplacent des zones de concentration d'électrons plus élevée vers des zones de concentration plus faible, un peu comme l'eau trempant dans une éponge. Cependant, ces électrons diffusants ne peuvent pas se déplacer indéfiniment, car à un moment donné, ils toucheront un trou et se recombineront. Cela signifie que les électrons diffusants (libres) dans un semi-conducteur ont une demi-vie et une soi-disant longueur de diffusion, qui est la distance moyenne qu'ils parcourent avant de se recombiner avec un trou.
La diffusion est le mécanisme par lequel une jonction de diode crée sa région d'appauvrissement.
Maintenant, si la diode base-émetteur est polarisée en direct, la région d'appauvrissement de la diode base-émetteur devient plus petite et les électrons commencent à diffuser de cette jonction dans la base. Cependant, étant donné que le transistor est construit de telle sorte que la longueur de diffusion de ces électrons soit plus longue que la base est large, beaucoup de ces électrons sont en fait capables de diffuser à travers la base sans se recombiner et sortir au collecteur, "tunneling" à travers la base en n'interagissant pas avec les trous qui s'y trouvent. (La recombinaison est un processus aléatoire et ne se produit pas immédiatement, c'est pourquoi la diffusion existe en premier lieu.)
Donc au final, certains électrons se retrouvent dans le collecteur par mouvement aléatoire. Maintenant qu'ils sont là, les électrons ne peuvent retourner dans la base que lorsqu'ils surmontent la tension de polarisation directe de la diode base-collecteur, ce qui les amène à "s'accumuler" dans le collecteur, diminuant la tension là-bas, jusqu'à ce qu'ils puissent surmonter la jonction base-collecteur et reflux. (En réalité, ce processus est un équilibre, bien sûr.)
Avec les tensions que vous appliquez à la base, à l'émetteur et au collecteur, vous créez uniquement les champs électriques dans le semi-conducteur qui provoquent la dérive des électrons vers la région d'appauvrissement, modifiant la concentration des électrons dans le cristal, ce qui entraîne alors un courant de diffusion traversant le base. Alors que des électrons uniques sont influencés par les champs électriques créés par les tensions aux bornes du transistor, ils n'ont pas eux-mêmes de tension, seulement des niveaux d'énergie. Dans une partie du cristal qui est généralement à la même tension, les électrons peuvent (et auront) une énergie différente. En fait, deux électrons ne peuvent jamais avoir le même niveau d'énergie.
Cela explique également pourquoi les transistors peuvent fonctionner en sens inverse, mais avec un gain de courant beaucoup moins important: il est plus difficile pour les électrons de diffuser dans la région de l'émetteur fortement dopé que dans le collecteur légèrement dopé car la concentration en électrons y est déjà assez élevée. Cela rend ce chemin moins favorable pour les électrons que dans le transistor non inversé, donc plus d'électrons sortent directement de la base et le gain est plus faible.