Urządzenia półprzewodnikowe - polaryzacja złącza
Termin odchylenie odnosi się do zastosowania napięcia stałego do ustawienia określonych warunków pracy. Lub gdy zewnętrzne źródło energii jest przykładane do złącza PN, nazywa się to napięciem polaryzacji lub po prostu polaryzacją. Ta metoda zwiększa lub zmniejsza potencjał barierowy złącza. W rezultacie zmniejszenie potencjału bariery powoduje powrót obecnych nośników do obszaru zubożenia. Następujące dwa warunki polaryzacji są stosowane na złączach PN.
Forward Biasing - Do potencjału bariery dodaje się napięcie zewnętrzne o tej samej polaryzacji, co powoduje zwiększenie szerokości obszaru zubożenia.
Reverse Biasing - Złącze PN jest spolaryzowane w taki sposób, że zastosowanie zewnętrznego działania napięcia zapobiega przedostawaniu się nośników prądu do obszaru zubożenia.
Promowanie do przodu
Poniższy rysunek przedstawia diodę złączową PN spolaryzowaną do przodu z przyłożonym napięciem zewnętrznym. Widać, że biegun dodatni akumulatora jest połączony z materiałem P, a biegun ujemny akumulatora jest połączony z materiałem N.
Oto obserwacje -
To napięcie polaryzacji odpycha większość nośników prądu każdego materiału typu P i N. W rezultacie na skrzyżowaniu zaczyna pojawiać się duża liczba dziur i elektronów.
Po stronie N złącza elektrony zbliżają się, aby zneutralizować jony dodatnie w obszarze zubożenia.
W materiale strony P elektrony są wyciągane z jonów ujemnych, co powoduje, że stają się ponownie neutralne. Oznacza to, że odchylenie w przód niszczy region zubożenia, a tym samym potencjał bariery. Oznacza to, że gdy złącze PN jest spolaryzowane do przodu, pozwoli to na ciągły przepływ prądu.
Poniższy rysunek przedstawia przepływ nośników prądu diody spolaryzowanej w przód. Dzięki zewnętrznemu źródłu napięcia podłączonemu do diody zapewniony jest stały dopływ elektronów. Przepływ i kierunek prądu są pokazane na schemacie za pomocą dużych strzałek poza diodą. Zauważ, że przepływ elektronów i przepływ prądu odnoszą się do tego samego.
Oto obserwacje -
Załóżmy, że elektrony przepływają przez przewód od ujemnego zacisku akumulatora do materiału N. Po wejściu do tego materiału przepływają natychmiast do skrzyżowania.
Podobnie z drugiej strony równa liczba elektronów jest pobierana ze strony P i powracana do dodatniego bieguna akumulatora. Ta czynność tworzy nowe dziury i powoduje, że przesuwają się w kierunku skrzyżowania.
Kiedy te dziury i elektrony docierają do złącza, łączą się ze sobą i skutecznie znikają. W rezultacie na zewnętrznych końcach diody pojawiają się nowe dziury i elektrony. Te nośniki większościowe są tworzone w sposób ciągły. Ta czynność trwa tak długo, jak długo podłączone jest zewnętrzne źródło napięcia.
Gdy dioda jest spolaryzowana do przodu, można zauważyć, że elektrony przepływają przez całą strukturę diody. Jest to powszechne w materiale typu N, podczas gdy w otworach materiału P są ruchome nośniki prądu. Zauważ, że ruch dziury w jednym kierunku musi rozpocząć się ruchem elektronów w przeciwnym kierunku. Dlatego całkowity przepływ prądu to dodanie dziur i przepływ elektronów przez diodę.
Odwrotne odchylenie
Poniższy rysunek przedstawia diodę złączową PN z odwrotnym polaryzacją przy przyłożonym napięciu zewnętrznym. Widać, że biegun dodatni akumulatora jest połączony z materiałem N, a biegun ujemny akumulatora jest połączony z materiałem P. Należy zauważyć, że w takim układzie polaryzacja baterii ma przeciwstawiać się biegunowości materiału diody, tak aby przyciągały się różne ładunki. W związku z tym większość nośników ładunku z każdego materiału jest odciągana od złącza. Odwrotne polaryzacja powoduje, że dioda nie przewodzi.
Poniższy rysunek przedstawia rozmieszczenie większości nośników prądu w diodzie spolaryzowanej odwrotnie.
Oto obserwacje -
W wyniku działania obwodu elektrony materiału N są przyciągane w kierunku dodatniego bieguna akumulatora.
Każdy elektron poruszający się lub opuszczający diodę powoduje pojawienie się jonu dodatniego na jego miejscu. W rezultacie powoduje to równoważne zwiększenie szerokości obszaru zubożenia po stronie N skrzyżowania.
Strona P diody ma podobny efekt, podobnie jak strona N. W tej akcji pewna liczba elektronów opuszcza ujemny zacisk akumulatora i wchodzi do materiału typu P.
Te elektrony od razu wchodzą i wypełniają wiele dziur. Każdy zajęty otwór staje się wówczas jonem ujemnym. Jony te z kolei są następnie odpychane przez ujemny zacisk akumulatora i kierowane w kierunku złącza. W związku z tym następuje zwiększenie szerokości obszaru zubożenia po stronie P skrzyżowania.
Całkowita szerokość obszaru zubożenia zależy bezpośrednio od zewnętrznego źródła napięcia diody spolaryzowanej wstecznie. W takim przypadku dioda nie może skutecznie wspierać przepływu prądu przez szeroki obszar zubożenia. W rezultacie potencjalny ładunek zaczyna się rozwijać w poprzek złącza i rośnie, aż potencjał bariery zrówna się z zewnętrznym napięciem polaryzacji. Następnie dioda zachowuje się jak nieprzewodnik.