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- 回答日時:
SiとGeダイオードの特性の違いは資料 [1] のように、立上がり電圧の違いが目につきます。
pnダイオードの電圧 V [V] と電流 I [A] の関係は以下で表わされます。I = I0*{ exp( e*V/k/T - 1 }
e は電子の電荷 = 1.60e-19、kはボルツマン定数 = 1.38e-23、T は絶対温度(室温ならT = 300)です。V = 0 のとき、I = 0 です(当たり前)。V を大きくしていくと指数関数的に I が大きくなります。Si と Ge で立上がり電圧が違うのはこの式の I0 がSi と Ge で違うからです。I0 を逆方向飽和電流といいますが、なぜそう言うのかというと、逆バイアスをかけたときのリーク電流とこの I0 が同じ値だからです。上式で V が負の値のときが逆バイアスになりますが、V が負で大きいとき、exp( e*V/k/T ) は非常に小さくなるので、I ≒ -I0 となります。[1] の逆バイアス側(V<0)の特性を見ると、Geのほうがリーク電流(I0 )が大きいことが分かると思います。I0 が大きいと、順バイアス( V > 0 )のとき、同じ電圧V のときの I も大きくなるので、I の立上がりが早くなります。
I0 が違う理由は、Si とGeのバンドギャップ(正確には障壁高さ)が違うからです。バンドギャップが大きい材料ほど I0 は小さくなります。Si と Ge のバンドギャップはそれぞれ 0.67eV、1.11eV なので、Si のほうが I0 が小さくなり、立上がり電圧も高くなります。I0 の値は素子の大きさによって違いますが、Si では 1nA ( 1e-9 A)、Ge では 1μA (1e-6 A) 程度です[2]。バンドギャップと I0 の関係を理解するには半導体物理の知識を必要としますが、そこまで知りたいですか?
[1] SiとGeダイオードの特性(1ページ目図3.1) http://133.13.40.79/book/ec2-pdf/3EC.pdf
[2] http://www.nikko-denshi.co.jp/kaiseki/sentens02/ …
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