ダイオードの特性は何ですか

ダイオードの特性とは何ですか？

ダイオードの定義

半導体材料（Si、Ge）を使用してさまざまな電子デバイスを形成します。最も基本的なデバイスはダイオードです。ダイオードは2端子のPN接合デバイスです。PN接合はP型材料とN型材料を接触させることで形成されます。P型材料とN型材料が接触すると、電子と正孔が接合部近くで再結合し始めます。これにより接合部に電荷キャリアが不足し、この領域は枯渇領域と呼ばれます。PN接合の端子間に電圧をかけると、これをダイオードと呼びます。以下の図はPN接合ダイオードのシンボルを示しています。

ダイオードは、バイアスの仕方によって電流が一方方向だけに流れる単方向デバイスです。

順方向バイアス

P端子をバッテリーの正極に、N端子を負極につなぐと、ダイオードは順方向バイアスになります。

順方向バイアスでは、バッテリーの正極がP領域の正孔を、負極がN領域の電子を接合部に向かって押し出します。これにより接合部近くの電荷キャリアの濃度が増加し、再結合が起こり、枯渇領域の幅が減少します。順方向バイアス電圧が上昇すると、枯渇領域の幅はさらに狭まり、電流は指数関数的に増加します。

逆方向バイアス

逆方向バイアスでは、P端子をバッテリーの負極に、N端子を正極につなげます。これにより、N側がP側よりも正になるように電圧が適用されます。

バッテリーの負極がP領域の正孔を引き寄せ、正極がN領域の電子を引き寄せ、それらを接合部から遠ざけます。これにより接合部近くの電荷キャリアの濃度が減少し、枯渇領域の幅が増加します。少数キャリアによる少量の電流（逆方向バイアス電流またはリーク電流）が流れます。逆方向バイアス電圧が上昇すると、枯渇領域の幅はさらに増加し、電流は流れません。したがって、ダイオードは順方向バイアスのときにのみ動作します。ダイオードの動作はI-Vダイオード特性グラフで要約できます。

逆方向バイアス電圧がさらに上昇すると、枯渇領域の幅が増加し、接合部が崩壊する点がきます。これは大きな電流の流れを引き起こします。崩壊はダイオード特性曲線の膝部分です。接合部の崩壊は2つの現象によって起こります。

雪崩崩壊

高電圧の逆方向バイアスでは、少数キャリアが十分なエネルギーを得て結合電子をノックアウトし、大量の電流が流れます。

ジーナ効果

ジーナ効果は低電圧の逆方向バイアスで発生し、高電場が共有結合を切断し、突然電流が増大し接合部が崩壊します。