PN接合バイアス

PN接合ダイオードの定義

PN接合ダイオードは、正方向バイアスでは電流が流れやすく、逆方向バイアスでは電流を遮断する半導体素子です。

正方向バイアス

正方向バイアスでは、p型領域が正極に、n型領域が負極に接続され、枯渇層が縮小し、電流が流れやすくなります。

逆方向バイアス

逆方向バイアスでは、p型領域が負極に、n型領域が正極に接続され、枯渇層が拡大し、電流が流れにくくなります。

C電流特性

正方向バイアスでは、枯渇層が縮小することで電流が容易に流れます。逆方向バイアスでは、マイノリティキャリアによるわずかな電流しか流れません。

ブレイクダウン条件

高い逆方向電圧は、ジーナーブレイクダウンやアバランチブレイクダウンを引き起こし、急激な電流増加をもたらします。これはダイオードの動作限界を理解する上で重要です。

PN接合のV-I特性

正方向バイアスでは、動作領域は第一象限にあります。ゲルマニウムの場合のしきい値電圧は0.3 V、シリコンの場合のしきい値電圧は0.7 Vです。このしきい値電圧を超えると、グラフは非線形に上昇します。これは正方向バイアスでの接合の動的抵抗を示しています。

逆方向バイアスでは、p-n接合に逆方向の電圧がかかりますが、主要キャリアによる電流はほとんど流れず、僅かなリーク電流だけが流れます。しかし、ある逆方向電圧でp-n接合が導通します。

これはマイノリティキャリアによるものです。この電圧量は、枯渇層を壊すのに十分です。このような状況では、接合を通る急激な電流が流れます。このブレイクダウン電圧には2つのタイプがあります。

アバランチブレイクダウン：これは急激なグラフではなく、傾いた線形グラフです。つまり、ブレイクダウン後、逆方向電圧の小さな増加により、徐々に電流が急激に増加します。

ジーナーブレイクダウン：これは急激なブレイクダウンであり、より多くの電流を得るために逆方向バイアス電圧を増加させる必要はありません。なぜなら、電流は急激に流れます。

p-n接合の抵抗

p-n接合の動的抵抗

p-n接合のV-I特性から、グラフが線形ではないことがわかります。正方向バイアスのp-n接合の抵抗はrdオームで、AC抵抗または動的抵抗と呼ばれます。これはPN接合の電圧-電流の傾きに相当します。

p-n接合の平均AC抵抗

平均AC抵抗は、外部入力電圧の最小値と最大値の交点を結ぶ直線によって決定されます。p-n接合に関連するいくつかの重要な用語