目前你已经知道，在平衡状态时，没有电子能够越过PN结。一般来说，偏压这个名词指的就是利用直流电压建立电子元件工作所需的某些条件。与二极管有关的两种偏压就是：正向偏压和反向偏压。任何一种偏压，都必须在PN结的两边接上足够的直流电压和适当的极性。
    在学习完本节的内容后，你应该能够：参与讨论二极管的偏压特性；定义正向偏压并且说明所需条件；定义反向偏压并且说明所需条件；参与讨论门槛电压对正向偏压的影响；解释在正向偏压时，电流如何产生；解释什么是反向电流；说明二极管反向击穿的原因；以能阶图解释正向偏压和反向偏压。
    1.正向偏压
    要对二极管施以偏压，你必须在它的两端加上直流电压。正向偏压(forward bias)就是指施加的偏压能够让电流顺利通过PN结。如图1.20所示，一个直流电压源通过导电材料（接点和导线）在二极管的两端施加正向偏压。此外施加偏压的电压值以V BIAS表示。图中的电阻R可以限制电流的大小，使其不会损坏二极管。

                        
    请注意，偏压V BIAS的负极端要接到二极管的N型区，而正极端则要接到P型区。这是正向偏压的第一个条件。第二个条件兢是偏压的电压值V BIAS，必须大于门槛电压。
    图1.21示出，当二极管处于正向偏压的情况。就像同性电荷会彼此排斥，偏压源的负端会排斥自由电子(N型区的主要载流子)，使其流向PN结。这种自由电子的流动，称为电子流。偏压源的负极端也会提供连续的电子流，经过外部的导线流入N型区。

      
    偏压源提供给自由电子充足的能量，以便克服耗尽的门槛电压，然后流入P型区。一旦进入P型区，这些传导电子就失去能量，而立刻与价带的空穴结合。现在，电子只能位于P型区的价带中，因为它们为了克服门槛电压，而失去太多的能量，无法继续留在导带内。既然异性电荷相吸，偏压源的正极会吸引并使价电子流向P型区的左方。于是P型区中的空穴就充当中介作用或路径，让价电子能够借道穿过P型区。电子从一个空穴流向下一个空穴，一路朝左方流去。而空穴（P型区的主要载流子）等于是（并非实际上）朝右方流向PN结，从图1. 21可以看出。这个空穴的等效流动，称为空穴流。你可以将空穴流视为价电子流过P型区，而空穴则提供电子流动的唯一途径。
    当电子流出P型区，经过钋部导线流到偏压源的正极，它们会在P型区留下空穴；同时，这些电子成为金属导体中的传导电子。回想一下，导体的导带与价带有部分重叠在一起，因此导体的电子比半导体的电子需要更少的能量就能成为自由电子。所以，就像有源源不断的空穴流向PN结，与持续穿过结面进入P型区的电子结合。
    (1)正向偏压对耗尽区的作用
    当更多电子流入耗尽区时，正离子的数目就会减少。当PN结的另一边有更多的空穴流入耗尽区，负离子的数目也会减少。因为正向偏压造成正、负离子的减少，会造成耗尽区变窄，如图1.22所示。

            
    (2)正向偏压对门槛电压作用
    回想一下，在耗尽区PN结两端的正、负离子之间的电场，形成所谓的能量丘，在平衡状态时会阻止自由电子扩散通过结面(参见图1.19(b))。这就形成所谓的门槛电压。
    当施加正向偏压下，自由电子可以从偏压源取得足够的能量，就能克服门槛电压就像爬过能量丘，通过耗尽区。电子要通过耗尽所需的能量等于门槛电压。换句话说，当电子通过耗尽区时，它会损失等于门槛电压的能量。这项能量的损失，会在PN结处产生等于门槛电压(0.7V)的电压降，如图1.22(b)所示。另外在通过P型区和N型区时，也会产生额外的较小电压降，这是由于材料的内部电阻所造成。对于掺杂的半导体材料，这个阻抗称为动态阻抗(dynamic resistance)．因为很小，通常都会忽略掉。
   2.反向偏压
    反向偏压( reverse bias)基本上能防止电流通过二极管。图1.23显示一个直流电压源对二极管两端施加反向偏压的情形。这项外加的偏压与正向偏压同样是以V BIAS表示。需要注意，此项偏压的正极是连接到二极管的N型区，而负极则连接到P型区。同时也请注意，此时的耗尽区比正向偏压或平衡（未施加偏压）时更宽。

                    
    图1.24显示，当二极管在反向偏压下所发生的情形。因为异性电荷会互相吸引，因此偏压源的正极会拉动自由电子（P型区的多数载流子）离开PN结。当电子流向电压源的正极，就会产生额外的正离子。这样会造成耗尽区更宽，多数载流子数目减少。

                  
    在P型区，从电压源负极流出的电子会成为价电子，从一个空穴经过另一个空穴流向耗尽区，并在耗尽区形成更多的负离子。这样就会加宽耗尽区，使得多数载流子数曰减少。这种价电子的流动也可视为空穴被拉向正极。
    在施加反向偏压后，所产生电荷载流子的流动属于暂时性，只维持很短暂的时间。当耗尽区加宽时，多数载流子的数目也减少。当更多的N型区和P型区缺乏多数载流子后，在正离子和负离子之间的电场就会增强，直到耗尽区两端的电压等于偏压VB．AS为止。此时，瞬时电流基本上会停止，只剩下很小的反向电流存在，不过通常都予以忽略。
    (1)反向饱和电流
    在施加反向偏压且在瞬时电流停止后，只有很小的电流存在，这是由N型区和P型区的少数载流子的流动造成，而这些少数载流子是来自于热扰动所产生的电子一空穴对。这些P型区的少量自由电子，被负偏压推向PN结。当这些电子到达宽大的耗尽区，就会滑下能量丘并且像价电子一样与N型区的少数载流子空穴结合，流向正偏压端而形成一股小的空穴流。
    P型区导带与N型区导带相比位于更高的能阶。因此，少数载流子的电子就很容易通耗尽区，因为它们不需要额外的能量。反向电流在图1.25加以说明。

                   
    (2)反向击穿
    一般来说，反向电流因为太小，可以加以忽略。但是，当反向偏压增加到所谓的击穿电压(breakdown voltage)的电压值时，反向电流就会大幅地增加。
    这是实际发生的现象。这个反向高电压会赋予少数自由电子足够的能量，使它们能够加速穿过P型区，它们会冲击原子，并且因为带有足够的能量，就可将原子的价电子撞离轨道，进入导带。这些新产生的导电电子因为仍然具有很高的能量，因此可以重复这种过程。如果一个电子在通过P型区的过程中，只另外撞击两个电子离开价轨道，则电子的数目就会快速倍增。当这些高能电子通过耗尽区，它们仍然具有足够的能量通过N型区成为传导电子，而不会与空穴结合。
    我们刚才所介绍的传导电子的倍增现象，HDS402-E 称为累增击穿( avalanche)，因此会产生大量的反向电流，而产坐的过量的热能以至于烧坏二极管。