先日ショットキーダイオードの実験を行いました。

市販の半導体のウエハから切り取った小さな半導体を金属板の上におき、その半導体の上から金属の針で押さえ板と針から電圧をかけて特性を測定しました。
板、針の金属はそれぞれ3種類ほどあり、その組み合わせは全て測定しました。

簡単な装置ですがダイオード特性はちゃんと出てきました。

ですが、半導体をN型にして金属板側が表裏(ウエハの研磨してある面としていない面)と変えて測定したとき、まったく逆の特性が出てきました。
P型で同じ事をしても特性が逆になることはありませんでした。

なぜN型のウエハは表と裏で特性が逆になってしまうのでしょうか?
詳しい方教えてください!

それと市販のダイオードの特性は0.6Vくらいから電流が流れ始めると思いますが、実験では2~4Vくらいから流れ始めました。誤差にしては大きすぎるので違う理由が考えられると思うのですが・・・。
誰か詳しい方教えてください!
お願いします!

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A 回答 (1件)

詳しくはないのですが、回答がないようなので...



本当にショットキーをみているとしたら、
n基板の場合は、電極が板、針にかかわらず、研磨面でオーミックになっていた。
p基板の場合は、Si表面状態にかかわらず、板または針の電極どちらかでオーミックになったいた。
ということでしょうか。
しかし、
> 実験では2~4Vくらい
より、表面の酸化膜の特性とか逆方向ブレークダウン等をみていた可能性が高いのではないでしょうか。
同一表面に同型電極(針または板)をたてオーミックか否かをを確認する、針/Si/板構造でCV特性をとりどちら側の容量がみえているか、等を実験すれば、何かわかるかもしれません。
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Aベストアンサー

順方向のとき
発光ダイオードの抵抗は、ほぼ0なので両端の電圧IR=0となり、
抵抗の両端の電圧はIR=5Vとなります。

逆方向のときは、
発光ダイオードの抵抗は、ほぼ無限大になり両端の電圧は5Vとなり
抵抗の両端の電圧は0Vとなります。

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Aベストアンサー

まず、最初に、計算した値が二つあるのに対して、測定した値はfclのひとつのようですね。
ではfclとはどういう値なのか(入力側のfcl1?出力側のfcl2?どちらでもないとすると、どんな値?)を考える必要があるでしょう。
その上で、実測した値と計算値の関係(両者にどれくらいの差があって、どういう理由からその差が発生しているのか、その差は妥当なものかどうか)あたりを検討することになるかと思います。

Qダイオードの順方向特性

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できれば、その理由などもおしえてもらいたいのですが・・・

Aベストアンサー

[順方向電圧を大きくしていくとどうなるかを教えてください。(発熱によるダイオードが破壊されない時の状態で)
できれば、その理由などもおしえてもらいたいのですが・・・]
ということですね。
PNダイオード、P(アノード)、N(カソード)としますと
電圧が0.7Vを越えるとExpornential (指数関数的)に増加します。
これは、#1の回答の通りですね。
(さてそれからどうなるかということですね。指数関数は0.7V以上ででそうですね。電圧をいくらかけてもアノード電圧は、なぜか電池のように0.7Vからわずかしか増加しません。だからダイオードは回路の基準電位として使います。)それはさて置き、
電圧Vをさらにどんどん上げると、V-0.7/R=I になります。Rは抵抗ですね。
こうなると、Expornential (指数関数的)は忘れてください。
金属抵抗だと思えばいいのです。だからあるところで電流の増加は指数関数的でなくなるので減りますね。
金属状態でも、抵抗Rがあるので発熱して壊れてしまいます。

昔、非常に濃度の濃いP型半導体と、非常に濃度の濃いN型半導体でPNダイオードを作って、同じ実験をした方がいます。
電圧をかけると電流が指数関数的に増えていき、あるところから減少しはじましたそれからまた増加したのです。
これあの有名なトンネルダイオードよ。これで江崎先生はノーベル賞もらったんだから、いろいろ考えるのはいいよね。

参考まで

[順方向電圧を大きくしていくとどうなるかを教えてください。(発熱によるダイオードが破壊されない時の状態で)
できれば、その理由などもおしえてもらいたいのですが・・・]
ということですね。
PNダイオード、P(アノード)、N(カソード)としますと
電圧が0.7Vを越えるとExpornential (指数関数的)に増加します。
これは、#1の回答の通りですね。
(さてそれからどうなるかということですね。指数関数は0.7V以上ででそうですね。電圧をいくらかけてもアノード電圧は、なぜか電池のように0.7Vから...続きを読む

Qダイオードの静特性 計測

ダイオードの静特性 計測

1s1588という型番のダイオードを使用して計算値、実験値と比較してみました。

まず、

I=Is*{exp(V/nVt)-1} [Vt=kT/q]

のショックレーのダイオード方程式に値を代入して計測してみたところ、
Is=10^-14[A] , n=1 (理想D) , Vt=0.0257[V](標準温度25℃) として、かつexp>>1より、 -1 の項を除去し、

I=10^-14 * (exp(V/0.0257)

として、Vを0.02[V]ずつ変化させて計算しました。

逆方向飽和電流Isの値は、下記URLのデータシートより確認しようとしたところ、どれを見て良いか分からず

http://www.madlabo.com/mad/book/device/1s1588.PDF

SPICEよりI=10^-14[A]という値を決定しました。


そして、実際に1s1588を使用して、計測したところ、大きく差がでてしまいました。
特に0.6[V]あたりからの値の変化の仕方が著しく異なり、
どちら側もいわゆるダイオードの静特性のグラフの形にはなっているのですが、0.8[V]などでの値の上がり方が大きく違い、

ショックレーの方程式で計算した結果では爆発的に上昇しているが、実験値では比べると非常に緩やかに上昇していきました。

一応測定グラフを貼り付けておきます。

【質問】
どうしてこのように方程式での計算値と実験値の値に大きな差が生じたのか原因が分かる方がいれば教えていただきたいです。

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また、原因がこれではなく他にあるなら、その原因というのも教えていただきたいです。
よろしくお願いします。

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I=10^-14 * (exp(V/0.0257)

として、Vを0.02[V]ずつ変化させて計算しました。

逆方向飽和電流Isの値は、下記URLのデータシートより確認しようとしたところ、どれを見て良いか分からず...続きを読む

Aベストアンサー

グラフを拝見しましたが、スケールを同じにして比較すれば大差無いように伺えます。
1.SPICE:横軸;0.1V、縦軸;10mA/FS;100mA
2.実験値:横軸;0.2V、縦軸;1mA/FS;5mA
3.データシート:横軸;0.1V、縦軸;0.1mA-1mA-10mA-100mAの対数表示
*データシートはIf-Vfの1S1588を参照します。If;約100mAですね。
スケールを揃えて比較してください。
SPICEの結果は100mAの順電圧が立上がり過ぎていますね。
データシートは1.15V/If;100mAで飽和寸前ですね。

また、実験値はカーブトレーサなどの定電流の掃引電源の電流・電圧測定結果でしようか?
定電圧電源を利用して測定値をプロットされていますか?
数mAオーダー以上の電流を流して測定すると、ジャンクション温度上昇でTa;25℃の条件から無視出来ないIf-Vfの傾斜のカーブになります。
ジャンクション温度上昇の影響を考慮してください。
*以上の点を考慮して実験してみてください。

Qダイオードの電流電圧特性

npn型バイポーラトランジスタの電圧、電流特性を測定したのですが
コレクタ電流-コレクタ・エミッタ電圧のグラフを書くと
Vceが0.6V位の時までIcはほぼ一定(4.20mA~3.84mA)で
これ以降はVceが0に近づくにつれIcの値が下がっていくはずなのですが
Vce=0.2Vの時にIce=3.34mAだった後にVceが0.3、0.4Vの間にIcが
それぞれ3.5mA、3.6mAと上昇してその後急激に
下がっていきました。 何回測定してもこうなるのですが
これはどうしてなのでしょうか?

Aベストアンサー

参考まで
トランジスターのVce を下げていくとトランジスター特性を保ちながら
ダイオード特性に切り替わっていくというプロセスをとります。
トランジスターで着目するとVceが下がるとベース、コレクター間の接合面で
空ぼうそうがひろがり(電位障壁が小さくなるので広がる。)その領域での
再結合により電流が減少します。ところがさらに下がると一部の領域が
ダイオード状態に変化してきますので逆に空ぼうそうが減少し、再結合が
少なくなって電流が増えます。しかし、さらに下げると消滅しダイオード状態になりますのでなくなります。
という理由と思います。
Ib=30μA
Vce Ic mA β
104.2140
84.18139
64.14138
44.1137
24.04135
13.92131
0.83.84128
0.63.69123  ↑ 正常なトランジスター動作
0.43.34111 ↓この辺で空ぼうそうがひろがる。再結合大
0.33.55118   この辺で空ぼうそうが再び減少し始める。
0.23.65122 ↑
0.11.2742   ↓この辺で空ぼうそうが消滅し始める。

Vce が0.6から0.4ぐらいまではトランジスター状態をまだ保っていますが、ベース・コレクターのPN接合面では空ぼうそうの領域が広がると同時に多量のキャリヤがその空ぼうそうにエッミターから注入されます。再結合とドリフト状態が同時に起きています。再結合が増えて電流が下がるのですが、
Vceが0.3、0.2とさらにさがると逆に空ぼうそうがなくなりはじめます。
エミッタから注入されたキャリヤの再結合が減少してコレクター電流が一時的に増加する。さらにVceが下がると空ぼうそうは消滅してダイオード状態
になりコレクター電流は劇的に減少する。

参考まで
             

参考まで
トランジスターのVce を下げていくとトランジスター特性を保ちながら
ダイオード特性に切り替わっていくというプロセスをとります。
トランジスターで着目するとVceが下がるとベース、コレクター間の接合面で
空ぼうそうがひろがり(電位障壁が小さくなるので広がる。)その領域での
再結合により電流が減少します。ところがさらに下がると一部の領域が
ダイオード状態に変化してきますので逆に空ぼうそうが減少し、再結合が
少なくなって電流が増えます。しかし、さらに下げると消滅しダイオー...続きを読む


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