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10.7 : P-N 접합의 바이어싱

p-n 접합 다이오드의 작동에는 순방향 바이어스, 역방향 바이어스 및 평형을 비롯한 다양한 바이어스 조건이 포함됩니다.

평형 상태에서는 p-n 접합에 외부 전압이 가해지지 않습니다. 공핍 영역은 캐리어의 확산으로 인해 접합 계면에 형성되며, 이로 인해 하전된 도펀트, p측의 억셉터, n측의 도너가 남게 됩니다. 이러한 움직이지 않는 전하는 캐리어의 추가 확산을 방지하는 전기장을 생성합니다. 관련된 에너지 밴드 다이어그램은 양쪽의 페르미 준위가 정렬되어 평형을 나타냄을 보여줍니다. 접합을 가로지르는 내장된 전위는 접합을 가로지르는 캐리어의 순 흐름을 방지합니다.

다이오드가 순방향 바이어스되면 인가된 전압은 장벽 전위를 감소시키고 공핍 영역의 폭을 좁힙니다. 결과적으로 캐리어는 쉽게 접합을 통과할 수 있으며 해당 밴드 다이어그램은 에너지 밴드가 위쪽으로 구부러져 장벽 전위가 감소함을 나타냅니다. 순방향 바이어스 하에서 다이오드 양단의 전류는 인가된 전압에 따라 기하급수적으로 증가합니다.

역 바이어스에서는 외부 전압이 반대 방향으로 인가되어 공핍 영역이 넓어지고 장벽 전위가 증가하여 캐리어가 접합을 통과하기 어렵게 되어 전류 흐름이 매우 작은 역포화 전류로 감소됩니다. 역방향 바이어스에 대한 에너지 밴드 다이어그램은 밴드가 아래쪽으로 구부러져 장벽 전위가 증가했음을 나타냅니다. 역방향 바이어스의 전류는 작은 상수 값입니다. 이는 포화 전류에 가깝지만 반대 부호를 가지며, 고갈 영역 내의 열 생성으로 인한 캐리어의 작은 흐름을 반영합니다.

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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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