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ダイオードの原理について
逆電圧の時、銅線からp型に供給された電子は、p型領域の右側で正孔と結合してそれ以上電子は流れていかないと言っていました。
一方で順電圧をかけた時、ダイオードのn→pへ入ってきた電子は左側の銅線まで流れていくとのことでした。
これらは矛盾していませんか?
逆電圧の時、ダイオード全体にn→pの向きに電界がある+空乏層も同じ向きの電界なので、銅線からp型に流入した電子はp→nの方向に押される作用があるにも関わらず、p型で停滞する一方、順電圧の時は、n→pに流れ込んだ電子はp型で停滞することなく、銅線まで流れていく。

「ダイオードの原理について 逆電圧の時、銅」の質問画像
gooドクター

A 回答 (1件)

半導体の動作を考えるうえで一番重要なことをお忘れのご様子です。



『半導体』の『半』はどんな意味かご存知ですか?
これは、『絶縁体』と『導体』の間だという意味です。
では、それは何か。

絶縁体には電気を伝導させる『キャリア』がありません。
自由電子も正孔もない、それが絶縁体の定義です。

一方、導体には電気を伝導させる自由電子が山ほどあります。
それが導体の定義のようなものです。

では半導体はどうか。
半導体には常温程度の温度では自由電子はほとんどありません。
温度を上げると少し自由電子が出来ますが、出来るのはほんの少しなので、電気抵抗はかなり高い値を示します。
この状態では電気を流す材料にはほとんど使えません。

その素材に、もう少しだけ電気伝導度を高めるための微量の物質を混ぜたものが半導体素子の材料として使う p型やn型と呼んでる半導体です。
このp型n型半導体は混ぜ物をしていない純粋な半導体に比べれば電流を伝える自由電子や正孔が多いですが、導体に比べればはるかに少ないものです。

質問者さんは、この『p型n型半導体は混ぜ物をしていない純粋な半導体に比べれば電流を伝える自由電子や正孔が多いですが、導体に比べればはるかに少ない』と言う点を忘れているか理解していません。

逆バイアスにしたとき、pn接合部は空乏層となります。
これは、その領域にある『たいして多くはない正孔』が全て接合面とは反対側の導線の接続部に移動してしまいます。
たしかにこれ(正孔)は電線からの電子と再結合するものは生じますが、それが起きたからと言って、正孔が無くなったから次々にそれが新たに発生するかと言うと、それはないのです。
なぜなら、その数はp型半導体に含まれた不純物の量で決まっているからです。

順方向にバイアスされた場合、p型半導体内の正孔は、n型の半導体から来る電子と接合面付近で再結合すると、正の電線から正孔が供給されるので、総量は変わらないで次々と再結合・供給が繰り返されます。

もしp型半導体に正孔が大量に発生するだけ不純物を混ぜる(または層の厚みをすごく薄くする)と、おっしゃる様に逆バイアスをかけても電流は流れてしまいます。
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