半导体器件 - 结偏置

偏置一词是指施加直流电压以建立某些工作条件。或者当外部能源施加到 PN 结时，称为偏置电压或简称偏置。这种方法要么增加要么减少结的势垒电势。结果，势垒电势的降低导致载流子返回耗尽区。以下两种偏置条件应用于 PN 结。

• 正向偏置 - 外加电压与势垒电势极性相同，导致耗尽区宽度增加。

• 反向偏置 - PN 结以这样的方式偏置，即施加外部电压的作用阻止载流子进入耗尽区。

正向偏置

下图显示了一个正向偏置的 PN 结二极管，外加电压。您可以看到电池的正极连接到 P 材料，电池的负极连接到 N 材料。

以下是观察结果 -

• 此偏置电压排斥每种 P 型和 N 型材料的大多数载流子。结果，大量的空穴和电子开始出现在结处。

• 在结的 N 端，电子移动以中和耗尽区中的正离子。

• 在 P 型材料侧，电子从负离子中被拉出，导致它们再次变为中性。这意味着正向偏置使耗尽区以及势垒电势也随之崩溃。这意味着当 PN 结正向偏置时，它将允许连续电流流动。

下图显示了正向偏置二极管的载流子流动。由于连接到二极管的外部电压源，可获得恒定的电子供应。电流的流动和方向由图中二极管外部的大箭头表示。请注意，电子流和电流流指的是同一件事。

以下是观察结果 -

• 假设电子通过导线从电池负极流向 N 型材料。进入这种材料后，它们立即流向结处。

• 类似地，在另一侧，相同数量的电子从 P 端被拉出并返回到电池正极。此操作会产生新的空穴并导致它们向结处移动。

• 当这些空穴和电子到达结处时，它们会结合在一起并有效地消失。结果，新的空穴和电子出现在二极管的外端。这些多数载流子是持续产生的。只要施加外部电压源，此操作就会持续进行。

• 当二极管正向偏置时，可以注意到电子流过二极管的整个结构。这在 N 型材料中很常见，而在 P 型材料中，空穴是移动的载流子。请注意，空穴在一个方向上的运动必须以电子在相反方向上的运动开始。因此，总电流是空穴和电子流过二极管的总和。

反向偏置

下图显示了反向偏置的 PN 结二极管，外加电压。您可以看到电池的正极连接到 N 型材料，电池的负极连接到 P 型材料。请注意，在这种布置中，电池极性与二极管的材料极性相反，以便异性电荷相互吸引。因此，每种材料的大多数载流子都被从结处拉开。反向偏置导致二极管不导电。

下图显示了反向偏置二极管中大多数载流子的排列。

以下是观察结果 -

• 由于电路的作用，N 型材料的电子被拉向电池正极。

• 每个移动或离开二极管的电子都会在其位置产生一个正离子。结果，这会导致结 N 端耗尽区宽度等效增加。

• 二极管的 P 端具有类似于 N 端的效果。在此操作中，一些电子离开电池负极并进入 P 型材料。

• 然后，这些电子直接移动并填充一些空穴。每个被占据的空穴随后变成一个负离子。然后，这些离子被电池负极排斥并驱向结处。由于这一点，结 P 端的耗尽区宽度增加。

耗尽区的总宽度直接取决于反向偏置二极管的外部电压源。在这种情况下，二极管无法有效地支持电流流过宽的耗尽区。结果，电荷开始在结处发展并增加，直到势垒电势等于外部偏置电压。在此之后，二极管表现为非导体。