正向和反向偏置PN二极管解析

在本文中，我们将讨论正向和反向偏置PN二极管。我们还推导了方程并求解了一个数值示例。首先，让我们看一下反向偏置的pn二极管。

反向偏置PN二极管

图1显示了具有反向偏置的PN二极管，即电池的负极连接到二极管的P侧，正极端子连接到N侧。随着连接的极性，P区中的空穴和N区的电子远离结点，耗尽区的宽度增加。势垒的高度随量 V 增加。这种增加的势垒高度有助于减少多数载流子流向另一侧，即从P侧到N侧的空穴和从N侧到P侧的电子。然而，少数载流子的流动仍然不受势垒高度增加的影响，因为这些少数载流子会落在势能势垒下。因此，从N侧到P侧的净小反向电流流过由少数载流子携带的二极管。这个小电流是二极管反向饱和电流，其大小用 I 表示 0 .

反饱和电流 I0由下属给出，

..........(1)

其中 A 是器件的横截面积

D P （D n ）是空穴（电子）的扩散常数，

L P （L n ）是空穴（电子）的扩散长度

N D （N 一个 ）是供体（受体）杂质密度和n我是空穴和电子的固有浓度。

内在浓度 n我由以下等式给出

.........(2)

等式（2）也可以表示为：

...........(3)

其中 V去电压（以伏特为单位）在数值上等于禁止的间隙能量 E去以 eV 和 V 为单位T是温度的伏特当量。

I 的值0取决于 P 和 N 区域的特性以及工作温度。在室温（300 K）下，I0对于Ge二极管，通常约为1 nA，对于硅二极管。这种反向饱和电流 I0与反向偏置的大小无关，但随着温度 T 的升高而增加。

正向偏置PN二极管

图2显示了具有正向偏置V的PN二极管，即电压源V的正极端子连接到P侧，负极端子连接到N侧。在这种正向偏置下，P区中的空穴和N区中的电子更靠近结点。耗尽区的宽度减小，势垒电位降低到（V 0 -V）。这种降低的势垒电位导致从P侧到N侧的多数载流子空穴通过结的流动增加，以及从N侧到P侧的多数载流子电子的增加。穿过结点的这两个电流分量加起来形成从 P 侧到 N 侧（即正向）穿过结点的常规电流，由下式给出，

.........(4)

然而，由于少数群体的携带者跌落了障碍物，因此少数携带者的流动不会因障碍潜力的降低而改变。因此，反向电流不受影响，等于反向饱和电流I0由等式（1）给出。因此，净正向电流由下式给出，

..........(5)

公式（5）是半导体二极管方程式，适用于施加电压V的正值和负值，即正向偏置和反向偏置。对于反向偏置，V 为负值，远大于 VT (0.026 伏），因此 I 等于 I 0 .

等式（5）忽略了载流子生成和重组的影响。这种省略对 Ge 器件有效，但对 Si
器件无效。因此，PN二极管中电流I的更一般表达式是，

...........(6)

其中 Ge 为 Ge，2 为 Si 二极管，额定电流。

公式（5）显示，正向电流呈指数增长，结两端的正向电压V可用。

较大的前向偏差 |正向和反向偏置PN二极管

对于较大的前向偏置，V 等于 V 0 ，势垒变为零，超过二极管额定电流的非常大的电流往往会流动。然而，在实际操作中，电流会受到二极管的体积电阻和欧姆触点电阻的限制。因此，只有一小部分施加的正向偏置V出现在PN结上，电流主要由该总器件电阻控制。由于该总器件电阻是恒定的，因此伏安特性几乎是一条直线。

例1：在Ge二极管中，反向饱和电流I0是 .计算 0.2、0.3 和 0.4 伏正向电压在 300 K 室温下的正向电流。

溶液：

在 V = 0.2 伏时，

在 V = 0.3 伏时，

在 V = 0.4 伏时，

教程问题

在 Ge 二极管中，反饱和电流为 。计算 0.05 K
室温下 0.1 伏、0.1 伏和 0.2 伏正向电压的正向电流。

[答： ，]