目前你已經(jīng)知道，在平衡狀態(tài)時，沒有電子能夠越過PN結(jié)。一般來說，偏壓這個名詞指的就是利用直流電壓建立電子元件工作所需的某些條件。與二極管有關(guān)的兩種偏壓就是：正向偏壓和反向偏壓。任何一種偏壓，都必須在PN結(jié)的兩邊接上足夠的直流電壓和適當(dāng)?shù)臉O性。
    在學(xué)習(xí)完本節(jié)的內(nèi)容后，你應(yīng)該能夠：參與討論二極管的偏壓特性；定義正向偏壓并且說明所需條件；定義反向偏壓并且說明所需條件；參與討論門檻電壓對正向偏壓的影響；解釋在正向偏壓時，電流如何產(chǎn)生；解釋什么是反向電流；說明二極管反向擊穿的原因；以能階圖解釋正向偏壓和反向偏壓。
    1.正向偏壓
    要對二極管施以偏壓，你必須在它的兩端加上直流電壓。正向偏壓(forward bias)就是指施加的偏壓能夠讓電流順利通過PN結(jié)。如圖1.20所示，一個直流電壓源通過導(dǎo)電材料（接點(diǎn)和導(dǎo)線）在二極管的兩端施加正向偏壓。此外施加偏壓的電壓值以V BIAS表示。圖中的電阻R可以限制電流的大小，使其不會損壞二極管。

                        
    請注意，偏壓V BIAS的負(fù)極端要接到二極管的N型區(qū)，而正極端則要接到P型區(qū)。這是正向偏壓的第一個條件。第二個條件兢是偏壓的電壓值V BIAS，必須大于門檻電壓。
    圖1.21示出，當(dāng)二極管處于正向偏壓的情況。就像同性電荷會彼此排斥，偏壓源的負(fù)端會排斥自由電子(N型區(qū)的主要載流子)，使其流向PN結(jié)。這種自由電子的流動，稱為電子流。偏壓源的負(fù)極端也會提供連續(xù)的電子流，經(jīng)過外部的導(dǎo)線流入N型區(qū)。

      
    偏壓源提供給自由電子充足的能量，以便克服耗盡的門檻電壓，然后流入P型區(qū)。一旦進(jìn)入P型區(qū)，這些傳導(dǎo)電子就失去能量，而立刻與價帶的空穴結(jié)合。現(xiàn)在，電子只能位于P型區(qū)的價帶中，因為它們?yōu)榱丝朔T檻電壓，而失去太多的能量，無法繼續(xù)留在導(dǎo)帶內(nèi)。既然異性電荷相吸，偏壓源的正極會吸引并使價電子流向P型區(qū)的左方。于是P型區(qū)中的空穴就充當(dāng)中介作用或路徑，讓價電子能夠借道穿過P型區(qū)。電子從一個空穴流向下一個空穴，一路朝左方流去。而空穴（P型區(qū)的主要載流子）等于是（并非實際上）朝右方流向PN結(jié)，從圖1. 21可以看出。這個空穴的等效流動，稱為空穴流。你可以將空穴流視為價電子流過P型區(qū)，而空穴則提供電子流動的唯一途徑。
    當(dāng)電子流出P型區(qū)，經(jīng)過釙部導(dǎo)線流到偏壓源的正極，它們會在P型區(qū)留下空穴；同時，這些電子成為金屬導(dǎo)體中的傳導(dǎo)電子�；叵胍幌�，導(dǎo)體的導(dǎo)帶與價帶有部分重疊在一起，因此導(dǎo)體的電子比半導(dǎo)體的電子需要更少的能量就能成為自由電子。所以，就像有源源不斷的空穴流向PN結(jié)，與持續(xù)穿過結(jié)面進(jìn)入P型區(qū)的電子結(jié)合。
    (1)正向偏壓對耗盡區(qū)的作用
    當(dāng)更多電子流入耗盡區(qū)時，正離子的數(shù)目就會減少。當(dāng)PN結(jié)的另一邊有更多的空穴流入耗盡區(qū)，負(fù)離子的數(shù)目也會減少。因為正向偏壓造成正、負(fù)離子的減少，會造成耗盡區(qū)變窄，如圖1.22所示。

            
    (2)正向偏壓對門檻電壓作用
    回想一下，在耗盡區(qū)PN結(jié)兩端的正、負(fù)離子之間的電場，形成所謂的能量丘，在平衡狀態(tài)時會阻止自由電子擴(kuò)散通過結(jié)面(參見圖1.19(b))。這就形成所謂的門檻電壓。
    當(dāng)施加正向偏壓下，自由電子可以從偏壓源取得足夠的能量，就能克服門檻電壓就像爬過能量丘，通過耗盡區(qū)。電子要通過耗盡所需的能量等于門檻電壓。換句話說，當(dāng)電子通過耗盡區(qū)時，它會損失等于門檻電壓的能量。這項能量的損失，會在PN結(jié)處產(chǎn)生等于門檻電壓(0.7V)的電壓降，如圖1.22(b)所示。另外在通過P型區(qū)和N型區(qū)時，也會產(chǎn)生額外的較小電壓降，這是由于材料的內(nèi)部電阻所造成。對于摻雜的半導(dǎo)體材料，這個阻抗稱為動態(tài)阻抗(dynamic resistance)．因為很小，通常都會忽略掉。
   2.反向偏壓
    反向偏壓( reverse bias)基本上能防止電流通過二極管。圖1.23顯示一個直流電壓源對二極管兩端施加反向偏壓的情形。這項外加的偏壓與正向偏壓同樣是以V BIAS表示。需要注意，此項偏壓的正極是連接到二極管的N型區(qū)，而負(fù)極則連接到P型區(qū)。同時也請注意，此時的耗盡區(qū)比正向偏壓或平衡（未施加偏壓）時更寬。

                    
    圖1.24顯示，當(dāng)二極管在反向偏壓下所發(fā)生的情形。因為異性電荷會互相吸引，因此偏壓源的正極會拉動自由電子（P型區(qū)的多數(shù)載流子）離開PN結(jié)。當(dāng)電子流向電壓源的正極，就會產(chǎn)生額外的正離子。這樣會造成耗盡區(qū)更寬，多數(shù)載流子數(shù)目減少。

                  
    在P型區(qū)，從電壓源負(fù)極流出的電子會成為價電子，從一個空穴經(jīng)過另一個空穴流向耗盡區(qū)，并在耗盡區(qū)形成更多的負(fù)離子。這樣就會加寬耗盡區(qū)，使得多數(shù)載流子數(shù)曰減少。這種價電子的流動也可視為空穴被拉向正極。
    在施加反向偏壓后，所產(chǎn)生電荷載流子的流動屬于暫時性，只維持很短暫的時間。當(dāng)耗盡區(qū)加寬時，多數(shù)載流子的數(shù)目也減少。當(dāng)更多的N型區(qū)和P型區(qū)缺乏多數(shù)載流子后，在正離子和負(fù)離子之間的電場就會增強(qiáng)，直到耗盡區(qū)兩端的電壓等于偏壓VB．AS為止。此時，瞬時電流基本上會停止，只剩下很小的反向電流存在，不過通常都予以忽略。
    (1)反向飽和電流
    在施加反向偏壓且在瞬時電流停止后，只有很小的電流存在，這是由N型區(qū)和P型區(qū)的少數(shù)載流子的流動造成，而這些少數(shù)載流子是來自于熱擾動所產(chǎn)生的電子一空穴對。這些P型區(qū)的少量自由電子，被負(fù)偏壓推向PN結(jié)。當(dāng)這些電子到達(dá)寬大的耗盡區(qū)，就會滑下能量丘并且像價電子一樣與N型區(qū)的少數(shù)載流子空穴結(jié)合，流向正偏壓端而形成一股小的空穴流。
    P型區(qū)導(dǎo)帶與N型區(qū)導(dǎo)帶相比位于更高的能階。因此，少數(shù)載流子的電子就很容易通耗盡區(qū)，因為它們不需要額外的能量。反向電流在圖1.25加以說明。

                   
    (2)反向擊穿
    一般來說，反向電流因為太小，可以加以忽略。但是，當(dāng)反向偏壓增加到所謂的擊穿電壓(breakdown voltage)的電壓值時，反向電流就會大幅地增加。
    這是實際發(fā)生的現(xiàn)象。這個反向高電壓會賦予少數(shù)自由電子足夠的能量，使它們能夠加速穿過P型區(qū)，它們會沖擊原子，并且因為帶有足夠的能量，就可將原子的價電子撞離軌道，進(jìn)入導(dǎo)帶。這些新產(chǎn)生的導(dǎo)電電子因為仍然具有很高的能量，因此可以重復(fù)這種過程。如果一個電子在通過P型區(qū)的過程中，只另外撞擊兩個電子離開價軌道，則電子的數(shù)目就會快速倍增。當(dāng)這些高能電子通過耗盡區(qū)，它們?nèi)匀痪哂凶銐虻哪芰客ㄟ^N型區(qū)成為傳導(dǎo)電子，而不會與空穴結(jié)合。
    我們剛才所介紹的傳導(dǎo)電子的倍增現(xiàn)象，HDS402-E 稱為累增擊穿( avalanche)，因此會產(chǎn)生大量的反向電流，而產(chǎn)坐的過量的熱能以至于燒壞二極管。