反向偏置

在一些二極管的重要應用中，器件常常要在高阻和低阻兩種狀態之間高速交替變化。在這些應用中，電路中的某些電壓波形呈現脈衝形式，即在高電平(通常為5v)和低電平(通常為0V)之間變化的方波，這些高低電壓信號的轉換頻率是很高的，使得二極管在“開”與“關”兩種狀態之間高速轉換。一個電阻和一個硅二極管相連時，當電源電壓從0V和5v交替變化時，電阻兩端的電流也在交替變化。當e (z)=5v時，二極管處於正向偏置狀態，處於導通狀態，釘電流流過電阻，電阻兩端電壓等於5-0.7=4.3v。當e(j)=0V時．二極管處於高阻狀態，也就是截止狀態；因為沒有電流流過電阻，電阻兩端電壓等於零。這種模式非常類似於整流器的作用．這就是數字電路中的兩種極端狀態——高電平和低電平。換句話説，就是設想所合電壓值都是這兩種狀態中的一個。因為二極管在這些電路中的作用就是在不同電壓水平下導通或截止，因而這一應用也稱為開關電路 ^[1]  。

典型的二極管開關電路包括兩個或多個二極管，每—個二極管與一個獨立的電壓源相連。要正確理解開關電路的操作過程，就首先要確定每一個二極管是由哪一個電壓源決定的，哪個處於導通狀態，哪個處於截止狀態。正確辨別處於哪種狀態的關鍵是：如果二極管的陽極相較於陰極電位是正的，它就處於正向偏置狀態，也就是説當二極管的陽極電位(相對於地)比陰極(相對於地)電位高，它就處於正向偏置狀態。當然，也可以説成二極管的陰極電位(相對於地)比陽極(相對於地)電位低。相反，如果想讓二極管處於反向偏置狀態，就讓二極管的陽極相較於陰極電位是負的，也相當於二極管的陰極相較於陽極是正的 ^[1]  。

PN結反向偏置時，外加電場與空間電荷區的內電場方向一致，同樣會導致擴散與漂移運動平衡狀態的破壞。外加電場驅使空間電荷區兩側的空穴和自由電子移走，使空間電荷區變寬，內電場增強，造成多數載流子擴散運動難於進行，同時加強了少數載流子的漂移運動，形成由N區流向P區的反向電流。但由於常温下少數載流子恆定且數量不多，故反向電流極小。電流小説明PN結的反向電阻很高，通常可以認為反向偏置的PN結不導電，基本上處於截止狀態，這種情況在電子技術中稱為PN結的反向阻斷。當外加的反向電壓在一定範圍內變化時，反向電流幾乎不隨外加電壓的變化而變化。這是因為反向電流是由少子漂移形成的，在熱激發下，少子數量增多，PN結反向電流增大。換句話説，只要温度不發生變化，少數載流子的濃度就不變，即使反向電壓在允許的範圍內增加再多，也無法使少子的數量增加，反向電流趨於恆定，因此反向電流又稱為反向飽和電流。值得注意的是，反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此，在設計電路時，必須考慮温度補償問題。

PN結的上述“反向阻斷”作用，構成了半導體的單向導電性，在科學技術與生產生活中都發揮了很大的作用。