10.7 : Polaryzacja złącza P-N

Działanie diody złącza p-n obejmuje różne warunki polaryzacji, w tym polaryzację w kierunku przewodzenia, polaryzację zaporową i równowagę.

W równowadze na złącze p-n nie jest przykładane żadne napięcie zewnętrzne. Obszar zubożenia powstaje na granicy faz złącza w wyniku dyfuzji nośników, która pozostawia naładowane domieszki, akceptory po stronie p i donory po stronie n. Te nieruchome ładunki wytwarzają pole elektryczne, które zapobiega dalszej dyfuzji nośników. Powiązany diagram pasm energii pokazuje, że poziomy Fermiego po obu stronach są wyrównane, co wskazuje na równowagę. Potencjał wbudowany w skrzyżowanie zapobiega przepływowi netto nośników przez skrzyżowanie.

Gdy dioda jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia, przyłożone napięcie zmniejsza potencjał bariery i zawęża szerokość obszaru zubożenia. Dzięki temu nośniki mogą z łatwością przejść przez skrzyżowanie, a odpowiedni diagram pasmowy przedstawia wyginanie się w górę pasm energii, co wskazuje na redukcję potencjału bariery. Prąd płynący przez diodę pod wpływem polaryzacji w kierunku przewodzenia rośnie wykładniczo wraz z przyłożonym napięciem.

W przypadku polaryzacji zaporowej napięcie zewnętrzne jest przykładane w przeciwnym kierunku, poszerzając obszar zubożenia, zwiększając potencjał barierowy, utrudniając przechodzenie nośników przez złącze i redukując przepływ prądu do bardzo małego odwrotnego prądu nasycenia. Diagram pasm energii dla polaryzacji odwrotnej pokazuje, że pasma wyginają się w dół, co wskazuje na zwiększony potencjał barierowy. Prąd polaryzacji zaporowej jest małą stałą wartością. Jest on zbliżony do prądu nasycenia, ale ma przeciwny znak, co odzwierciedla niewielki przepływ nośników w wyniku wytwarzania ciepła w obszarze zubożenia.