Semiconductor-devices-junction-biasing
半導体デバイス-接合バイアス
バイアスという用語は、特定の動作条件を設定するためのDC電圧の印加を指します。 または、外部エネルギー源がP-N接合部に印加される場合、バイアス電圧または単にバイアスと呼ばれます。 この方法は、接合部の障壁電位を増加または減少させます。 その結果、障壁電位の低下により、電流キャリアが空乏領域に戻ります。 次の2つのバイアス条件がw.r.tに適用されます。 PNジャンクション。
- Forward Biasing -バリア電位に同じ極性の外部電圧が追加され、空乏領域の幅が増加します。
- 逆バイアス-外部電圧作用の適用により電流キャリアが空乏領域に入るのを防ぐように、PN接合がバイアスされます。
順方向バイアス
次の図は、外部電圧が印加された順方向バイアスPN接合ダイオードを示しています。 バッテリーの正極がP材料に接続され、バッテリーの負極がN材料に接続されていることがわかります。
以下は観察です-
- このバイアス電圧は、各PおよびNタイプ材料の多数キャリアを撃退します。 その結果、接合部に多数の正孔と電子が現れ始めます。
- ジャンクションのN側では、電子が移動して空乏領域の正イオンを中和します。
- P側の材料では、電子がマイナスイオンから引き出され、再び中性になります。 これは、順方向バイアスが空乏領域を崩壊させ、したがって障壁ポテンシャルも崩壊させることを意味します。 これは、P-N接合が順方向にバイアスされている場合、連続電流が流れることを意味します。
次の図は、順方向にバイアスされたダイオードの電流キャリアの流れを示しています。 ダイオードに接続された外部電圧源により、一定の電子供給が可能です。 電流の流れと方向は、図のダイオードの外側にある大きな矢印で示されています。 電子の流れと電流の流れは同じものを指していることに注意してください。
以下は観察です-
- 電子がワイヤを介して負のバッテリ端子からN材料に流れるとします。 この材料に入ると、すぐに接合部に流れます。
- 同様に、反対側では、同数の電子がP側から引き出され、正のバッテリー端子に戻ります。 このアクションにより、新しいホールが作成され、ジャンクションに向かって移動します。
- これらの正孔と電子が接合部に到達すると、それらは結合して効果的に消滅します。 その結果、新しい正孔と電子がダイオードの外端に現れます。 これらの多数キャリアは継続的に作成されます。 この動作は、外部電圧源が印加されている限り続きます。
- ダイオードが順方向にバイアスされると、電子がダイオードの構造全体を流れることがわかります。 これはNタイプの材料では一般的ですが、P材料では正孔が移動する電流キャリアです。 ある方向へのホールの動きは、反対方向への電子の動きから始めなければならないことに注意してください。 したがって、電流の合計はホールの追加であり、電子はダイオードを流れます。
逆バイアス
次の図は、外部電圧が印加された逆バイアスPN接合ダイオードを示しています。 バッテリーの正端子がN材料に接続され、バッテリーの負端子がP材料に接続されていることがわかります。 このような配置では、バッテリーの極性はダイオードの材料の極性と反対になり、異なる電荷が引き付けられることに注意してください。 したがって、各材料の大部分の電荷キャリアは、接合部から引き離されます。 逆バイアスにより、ダイオードが非導通になります。
次の図は、逆バイアスされたダイオードの多数電流キャリアの配置を示しています。
以下は観察です-
- 回路の作用により、N物質の電子がバッテリーのプラス端子に引き寄せられます。
- ダイオードを移動または出発する各電子は、その場所に正イオンを発生させます。 その結果、これにより、接合のN側の空乏領域の幅が同等に増加します。
- ダイオードのP側にもN側と同様の効果があります。 このアクションでは、多くの電子がバッテリーのマイナス端子から出て、P型材料に入ります。
- これらの電子はすぐに移動し、いくつかの穴を埋めます。 占有された各ホールはマイナスイオンになります。 次に、これらのイオンはバッテリーのマイナス端子によって反発され、接合部に向かって駆動されます。 このため、接合のP側の空乏領域の幅が増加します。
空乏領域の全体の幅は、逆バイアスされたダイオードの外部電圧源に直接依存します。 この場合、ダイオードは広い空乏領域を流れる電流を効率的にサポートできません。 その結果、潜在的な電荷は接合部で発生し始め、障壁電位が外部バイアス電圧に等しくなるまで増加します。 この後、ダイオードは不導体として動作します。
