P型半导体空穴是多数载流子，N型半导体电子是多数载流子，在PN结中由于电子与空穴的扩散作用，形成区域电场，最后达到动平衡，呈现非导电性，称为阻挡层，区域电场方向如图4-1-3所示。
如果在PN结两端加上反向偏压，即P加负，N加正，就破坏了动平衡，使漂移起主导作用。在P区使电子向N区运动，在N区使空穴向P区运动，这样就加宽了阻挡层。当漂移与扩散两种作用互相抵消，达到暂时动平衡，又呈现出非导电性，这个加厚了的阻挡层，称为耗尽层，又称作本征区。耗尽层电场方向如图4-1-4所示。
当一个γ量子入射到本征区，能量并耗尽在本征区，在γ量子轨迹的两边产生电子—空穴对，在电场作用下，电子向N区漂移，空穴向P区漂移。在漂移过程中不断发生碰撞，产生更多的电子—空穴对。如果陷井密度小，电子—空穴对复合几率小，迁移率就大，收集效率可达90%以上，输出的电流脉冲达到极大值，电流脉冲的幅度与γ量子在本征区耗损能量成正比。耗尽层的宽度随着外加电场的变化而变化，其公式如下：
式中 W——耗尽层宽度；ε——介电常数；е——电子电荷量；V——外加反向偏压；V0——内部区域电压；NA——受主杂质浓度。
由电阻率公式，求出NA：
式中 ρ——材料电阻率；μ( h)——空穴迁移率。
将式（4-1-7）代入式（4-1-6）：
耗尽层与(ρV )1/2成正比。PN结可视为平行板电容器：
式中 C——电容量；S——极板面积。
把W代入式（4-1-9）：
Ge探测器PN结在收集载流子后的电流脉冲幅度：
式中 Vi——收集载流子后的电流脉冲幅度；Q——收集载流子后的总电荷量。
这种结型探测器的耗尽层厚度只能做到零点几毫米到3mm，很难做大。耗尽层与电接点之间部分，往往形成不起探测作用的死区，且难以消除。电容量随外加电压变化，电阻率低，本底电流大，不能做单个脉冲探测器，只能做整流式的剂量测量元件。因此在实际工作中，不能用作γ量子能量探测器。