반도체 장치-접합 바이어스
바이어스라는 용어는 특정 작동 조건을 설정하기 위해 DC 전압을 적용하는 것을 말합니다. 또는 외부 에너지 원이 PN 접합에 적용될 때이를 바이어스 전압 또는 단순히 바이어스라고합니다. 이 방법은 접합부의 장벽 전위를 높이거나 낮 춥니 다. 결과적으로 장벽 전위가 감소하면 전류 캐리어가 공핍 영역으로 돌아갑니다. 다음 두 가지 바이어스 조건이 wrt PN 접합에 적용됩니다.
Forward Biasing − 배리어 전위에 동일한 극성의 외부 전압이 추가되어 공핍 영역의 폭이 증가합니다.
Reverse Biasing − PN 접합은 외부 전압 동작을 적용하면 전류 캐리어가 공핍 영역으로 들어가는 것을 방지하는 방식으로 바이어스됩니다.
순방향 바이어스
다음 그림은 외부 전압이 적용된 순방향 바이어스 PN 접합 다이오드를 보여줍니다. 배터리의 양극 단자가 P 소재에 연결되고 배터리의 음극 단자가 N 소재에 연결되어 있음을 알 수 있습니다.
다음은 관찰입니다-
이 바이어스 전압은 각 P 및 N 유형 재료의 대부분의 전류 캐리어를 밀어냅니다. 결과적으로 많은 수의 정공과 전자가 접합부에서 나타나기 시작합니다.
접합부의 N 측에서 전자가 이동하여 공핍 영역의 양이온을 중화합니다.
P 측 물질에서 전자는 음이온에서 끌려 다시 중성화됩니다. 이것은 순방향 바이어스가 공핍 영역을 무너 뜨리므로 장벽 잠재력도 무너짐을 의미합니다. 이는 PN 접합이 순방향 바이어스 될 때 연속적인 전류 흐름을 허용한다는 것을 의미합니다.
다음 그림은 순방향 바이어스 다이오드의 전류 캐리어 흐름을 보여줍니다. 다이오드에 연결된 외부 전압원으로 인해 일정한 전자 공급이 가능합니다. 전류의 흐름과 방향은 다이어그램에서 다이오드 외부의 큰 화살표로 표시됩니다. 전자 흐름과 전류 흐름은 동일한 것을 나타냅니다.
다음은 관찰입니다-
전자가 음극 배터리 단자에서 N 물질로 와이어를 통해 흐른다 고 가정합니다. 이 물질에 들어가면 즉시 접합부로 흐릅니다.
마찬가지로, 다른 쪽에서는 동일한 수의 전자가 P 쪽에서 끌어와 양극 배터리 단자로 반환됩니다. 이 작업은 새로운 구멍을 만들고 접합쪽으로 이동하게합니다.
이 정공과 전자가 접합부에 도달하면 서로 결합하여 효과적으로 사라집니다. 결과적으로 새로운 정공과 전자가 다이오드의 바깥 쪽 끝에서 나타납니다. 이러한 다수의 항공사는 지속적으로 생성됩니다. 이 작업은 외부 전압 소스가 적용되는 동안 계속됩니다.
다이오드가 순방향 바이어스되면 전자가 다이오드의 전체 구조를 통해 흐른다는 것을 알 수 있습니다. 이것은 N 유형 재료에서 일반적이며 P 재료 구멍은 이동하는 전류 캐리어입니다. 한 방향의 정공 이동은 반대 방향의 전자 이동에 의해 시작되어야합니다. 따라서 총 전류 흐름은 정공의 추가이며 전자는 다이오드를 통해 흐릅니다.
역 바이어스
다음 그림은 외부 전압이 적용된 역 바이어스 PN 접합 다이오드를 보여줍니다. 배터리의 양극 단자가 N 소재에 연결되고 배터리의 음극 단자가 P 소재에 연결되어 있음을 알 수 있습니다. 이러한 배열에서 배터리 극성은 다이오드의 물질 극성과 반대되어 서로 다른 전하가 끌어 당깁니다. 따라서 각 재료의 대부분의 전하 캐리어는 접합부에서 멀어집니다. 역방향 바이어스로 인해 다이오드가 비전 도성이됩니다.
다음 그림은 역 바이어스 다이오드에서 대다수 전류 캐리어의 배열을 보여줍니다.
다음은 관찰입니다-
회로 작용으로 인해 N 물질의 전자가 양극 배터리 단자쪽으로 당겨집니다.
다이오드를 이동하거나 떠나는 각 전자는 그 자리에 양이온을 발생시킵니다. 결과적으로 이것은 접합의 N 측에서 공핍 영역의 폭을 동등하게 증가시킵니다.
다이오드의 P 측은 N 측과 유사한 효과를 나타냅니다. 이 동작에서 많은 전자가 음극 배터리 단자를 떠나 P 유형 재료로 들어갑니다.
이 전자들은 곧바로 이동하여 수많은 구멍을 채 웁니다. 점유 된 각 구멍은 음이온이됩니다. 이 이온은 차례로 음극 배터리 단자에 의해 반발되어 접합쪽으로 구동됩니다. 이로 인해 접합부의 P 측에서 공핍 영역의 폭이 증가합니다.
공핍 영역의 전체 폭은 역 바이어스 다이오드의 외부 전압 소스에 직접적으로 의존합니다. 이 경우 다이오드는 넓은 공핍 영역을 통한 전류 흐름을 효율적으로 지원할 수 없습니다. 결과적으로 전위 전하는 접합부에서 발생하기 시작하고 장벽 전위가 외부 바이어스 전압과 같아 질 때까지 증가합니다. 그 후 다이오드는 부도체로 동작합니다.