Dispositifs à semi-conducteurs - polarisation de jonction

Le terme polarisation fait référence à l'application d'une tension continue pour établir certaines conditions de fonctionnement. Ou lorsqu'une source d'énergie externe est appliquée à une jonction PN, on parle de tension de polarisation ou simplement de polarisation. Cette méthode augmente ou diminue le potentiel de barrière de la jonction. En conséquence, la réduction du potentiel de barrière amène les porteurs actuels à retourner dans la région d'appauvrissement. Les deux conditions de polarisation suivantes sont appliquées aux jonctions PN.

  • Forward Biasing - Une tension externe est ajoutée de la même polarité au potentiel de barrière, ce qui provoque une augmentation de la largeur de la zone d'appauvrissement.

  • Reverse Biasing - Une jonction PN est polarisée de telle manière que l'application d'une action de tension externe empêche les porteurs de courant d'entrer dans la région d'appauvrissement.

Biais avant

La figure suivante montre une diode de jonction PN polarisée en direct avec une tension externe appliquée. Vous pouvez voir que la borne positive de la batterie est connectée au matériau P et la borne négative de la batterie est connectée au matériau N.

Voici les observations -

  • Cette tension de polarisation repousse les porteurs de courant majoritaires de chaque matériau de type P et N. En conséquence, un grand nombre de trous et d'électrons commencent à apparaître à la jonction.

  • Sur le côté N de la jonction, les électrons se déplacent pour neutraliser les ions positifs dans la région d'appauvrissement.

  • Sur le matériau côté P, les électrons sont entraînés par les ions négatifs, ce qui les ramène à la neutralité. Cela signifie que la polarisation directe effondre la région d'appauvrissement et donc également le potentiel de barrière. Cela signifie que lorsque la jonction PN est polarisée en direct, elle permettra un flux de courant continu.

La figure suivante montre le flux des porteurs de courant d'une diode polarisée en direct. Une alimentation constante en électrons est disponible grâce à une source de tension externe connectée à la diode. Le flux et la direction du courant sont indiqués par de grandes flèches à l'extérieur de la diode dans le diagramme. Notez que le flux d'électrons et le flux de courant font référence à la même chose.

Voici les observations -

  • Supposons que les électrons circulent à travers un fil de la borne négative de la batterie au matériau N. En entrant dans ce matériau, ils s'écoulent immédiatement vers la jonction.

  • De même, de l'autre côté, un nombre égal d'électrons sont tirés du côté P et sont renvoyés à la borne positive de la batterie. Cette action crée de nouveaux trous et les amène à se déplacer vers la jonction.

  • Lorsque ces trous et électrons atteignent la jonction, ils se rejoignent et disparaissent effectivement. En conséquence, de nouveaux trous et électrons émergent aux extrémités extérieures de la diode. Ces porteurs majoritaires sont créés sur une base continue. Cette action se poursuit tant que la source de tension externe est appliquée.

  • Lorsque la diode est polarisée en direct, on peut remarquer que les électrons traversent toute la structure de la diode. Ceci est courant dans le matériau de type N, tandis que dans le matériau P, les trous sont les porteurs de courant en mouvement. Notez que le mouvement du trou dans une direction doit commencer par un mouvement d'électrons dans la direction opposée. Par conséquent, le flux de courant total est l'addition de trous et les électrons circulent à travers une diode.

Biais inversé

La figure suivante montre une diode de jonction PN polarisée en inverse avec une tension externe appliquée. Vous pouvez voir que la borne positive de la batterie est connectée au matériau N et la borne négative de la batterie est connectée au matériau P. Notez que dans un tel agencement, la polarité de la batterie doit s'opposer à la polarité du matériau de la diode de sorte que des charges dissemblables s'attirent. Par conséquent, la majorité des porteurs de charge de chaque matériau sont éloignés de la jonction. La polarisation inverse rend la diode non conductrice.

La figure suivante montre la disposition des porteurs de courant majoritaires dans une diode polarisée en inverse.

Voici les observations -

  • En raison de l'action du circuit, les électrons du matériau N sont attirés vers la borne positive de la batterie.

  • Chaque électron qui déplace ou quitte la diode fait émerger un ion positif à sa place. Il en résulte une augmentation équivalente de la largeur de la région d'appauvrissement du côté N de la jonction.

  • Le côté P de la diode a un effet similaire à celui du côté N. Dans cette action, un certain nombre d'électrons quittent la borne négative de la batterie et pénètrent dans le matériau de type P.

  • Ces électrons se déplacent alors immédiatement et remplissent un certain nombre de trous. Chaque trou occupé devient alors un ion négatif. Ces ions sont à leur tour repoussés par la borne négative de la batterie et entraînés vers la jonction. Pour cette raison, il y a une augmentation de la largeur de la région d'appauvrissement du côté P de la jonction.

La largeur totale de la région d'appauvrissement dépend directement d'une source de tension externe d'une diode polarisée en inverse. Dans ce cas, la diode ne peut pas supporter efficacement le flux de courant à travers la large région d'appauvrissement. En conséquence, la charge potentielle commence à se développer à travers la jonction et augmente jusqu'à ce que le potentiel de barrière soit égal à la tension de polarisation externe. Après cela, la diode se comporte comme un non-conducteur.