10.7 : Смещение PN-перехода

Работа диода с pn-переходом предполагает различные условия смещения, включая прямое смещение, обратное смещение и равновесие.

В состоянии равновесия к pn-переходу не прикладывается внешнее напряжение. Область обеднения образуется на границе перехода за счет диффузии носителей, оставляющей после себя заряженные примеси, акцепторы на p-стороне и доноры на n-стороне. Эти неподвижные заряды создают электрическое поле, препятствующее дальнейшей диффузии носителей. Соответствующая зонная диаграмма показывает, что уровни Ферми с обеих сторон выровнены, что указывает на равновесие. Встроенный потенциал на перекрестке предотвращает чистый поток носителей через переход.

Когда диод смещен в прямом направлении, приложенное напряжение уменьшает потенциал барьера и сужает ширину области истощения. В результате носители могут легко пересекать переход, а на соответствующей зонной диаграмме видно, что энергетические зоны изгибаются вверх, что указывает на уменьшение барьерного потенциала. Ток через диод при прямом смещении увеличивается экспоненциально с увеличением приложенного напряжения.

При обратном смещении внешнее напряжение прикладывается в противоположном направлении, расширяя область истощения, увеличивая потенциал барьера, затрудняя прохождение носителей через переход и уменьшая ток до очень малого обратного тока насыщения. Диаграмма энергетических зон обратного смещения показывает, что полосы изгибаются вниз, что указывает на повышенный барьерный потенциал. Ток в обратном смещении имеет небольшую постоянную величину. Он близок к току насыщения, но имеет противоположный знак, что отражает незначительный поток носителей заряда из-за тепловой генерации в области обеднения.