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10.7 : pn接合のバイアス

pn接合ダイオードの動作には、順バイアス、逆バイアス、および平衡などのさまざまなバイアス条件が含まれます。

平衡状態では、pn接合に外部電圧がかかっていません。キャリアの拡散により接合界面に空乏層が形成され、p側にはアクセプター、n側にはドナーの帯電したドーパントが残ります。これらの不動電荷はキャリアのさらなる拡散を防ぐ電場を作り出します。関連するエネルギーバンド図は、両側のフェルミ準位が一致していることを示しており、これは平衡を示しています。接合全体にかかる内蔵電位は、接合を横切るキャリアの正味の流れを防ぎます。

順方向バイアスでは、印加された電圧が障壁電位を減少させ、空乏層の幅を狭めます。その結果、キャリアは容易に接合を横切ることができ、対応するバンド図はエネルギーバンドが上向きに曲がり、障壁電位の減少を示します。順方向バイアス下でのダイオードを横切る電流は、印加電圧に対して指数関数的に増加します。

逆方向バイアスでは、外部電圧が逆方向に印加され、空乏層が広がり、障壁電位が増加し、キャリアが接合を横切るのが難しくなり、電流の流れが非常に小さな逆方向飽和電流に減少します。逆方向バイアスのエネルギーバンド図は、バンドが下向きに曲がり、障壁電位が増加していることを示します。逆方向バイアスの電流は小さな一定値で、飽和電流に近いですが符号が反対であり、空乏層内の熱生成によるキャリアのわずかな流れを反映しています。

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P N JunctionDiode OperationForward BiasReverse BiasEquilibriumDepletion RegionDiffusion Of CarriersElectric FieldEnergy Band DiagramFermi LevelsBuilt in PotentialBarrier PotentialCurrent FlowReverse Saturation CurrentThermal Generation

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