2.4 反偏PN结

反偏通常是指在一个电路中使用二极管的方法。如果将二极管反偏，则阴极电压比阳极电压高。因此，没有电流流过，直到有足够高的电场击穿二极管为止。

由于P型材料连接到电源的负极，因此在P型材料中的空穴被拖拽离开PN结，使得耗尽区厚度增加。类似的，由于N型区域连接到电源的正极，电子也被拖曳离开PN结。因此，耗尽层变宽，如图2.11所示。并且，它会随着反向电压的增加变厚。因此，势垒增加，使得对电荷载流子的流动呈现高阻抗。这样，只允许很小的电流漏过PN结。

当增加反向电压时，耗尽层的电场强度也随之增加。一旦电场强度增加超过极限，即足以断裂硅或锗原子的共价键，此时将击穿PN结的耗尽区，整个半导体晶体中产生大量的电子-空穴对，并且有电流流动，通常出现在齐纳二极管，或者雪崩的过程。只要流经的电流不会到达引起半导体材料过热的极限及热损坏，则这些过程是非破坏性的，并是可逆的。

在包含齐纳二极管的管理电路中，利用了该优势。在设计中，较好定义了齐纳二极管低反向击穿电压。典型的，击穿电压为6.2 V。这就表示负极电压和正极电压的差值不能超过6.2 V。由于电压更高时，二极管被击穿，因此二极管将要导通，这样有效地降低了通过二极管的电压。

另一个反偏二极管的应用是变容二极管 （可变电容二极管）。耗尽层作为两个导体平板之间的绝缘层。电容是绝缘层宽度及它宽度的函数。当施加电压时，任何二极管的耗尽区宽度就会变化。这就改变了二极管的电容。变容二极管的一侧专门设计成只掺入较少杂质，这样，在二极管的另一侧就有一个较大的耗尽区，施加在二极管上的反向电压将影响这个较厚的区域。这样，二极管电容的变化 （ΔC/ΔV） 就是施加偏压的强函数。

类似的，当增加反向电压V_D时，势垒从V_bi增加到V_bi +V_R。P区的空穴和N区的电子均不能通过PN结。由于势垒增强，N区少子空穴很容易穿过PN结到达P区，而P区少子电子很容易穿过PN结到达N区。这样，仅通过少数载流子的流动即引起电流。反向电流是漂移电流I_DR，称为反向饱和电流，也称为漏电流，表示为I_S。

可获得的电子数量很少，产生相应的电流也很小，在皮安 （pA） 量级。少子的产生和温度有关。在达到反向击穿条件之前，二极管电流几乎保持恒定，直到产生击穿条件为止。但是，如果增加温度，则二极管反向电流也将增加。

由于P区和N区不再处于平衡状态，该系统的费米能级不再恒定，反偏PN结的能级，如图2.11 （c） 所示。E_c和E_V 将以总电压V_PB =V_bi +V_R漂移。V_R作用于能级，将N区费米能级E_Fn推到P区费米能级E_Fp以下。E_Fp和E_Fn的差等于eV_R，即E_FP-E_Fn=eV_R。。

图2.11 反偏PN结