pn接合で接合容量の電圧依存性を大きくするためにはどのような接合をすればいいんですか?

A 回答 (1件)

「超段階接合」というのを使用します。


下記資料の”可変容量ダイオード”の項目を参照してください。

http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/catalog/ja …
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この回答へのお礼

ありがとうございました。助かりました。

お礼日時:2009/11/12 13:39

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Qなぜpn接合に逆バイアスをかけても電流は流れない?

なぜpn接合に逆バイアスを印加しても電流は流れないのでしょうか?

まず私が理解しているpn接合の流れを書きます。

・ドナー不純物をドープされているn型半導体(キャリアとして動ける電子が多数存在)
・アクセプタ不純物をドープされているp型半導体(キャリアとして動ける正孔が多数存在)

両者を接合させると

(1)濃度勾配により、n→p向きに電子が、n←p向きに正孔が拡散していく。
(2)接合面近傍では電子と正孔の結合によりキャリアは消滅。空乏層ができていく。
(3)そして接合面近傍では、n型半導体がプラスに、p型半導体がマイナスに帯電していく。
(4)それによってできた電位差によって、拡散方向とは逆向きの力を受けて電子と正孔の移動は停止する。

ここに順バイアス(n側にマイナス、p側にプラス)をかけると、
n側で多数キャリアである電子は接合を横切ってp側へ移動していき、回路へと流出していく。
そしてその分、電子が回路からn型半導体に流入し、これが続くため、電流が流れる。

このようなストーリーだと理解しています。

しかし私が思うに、逆バイアス(n側にプラス、p側にマイナス)をかけたとしても、
n側で多数キャリアである電子はそのまま回路へ流出していく。
そしてその分、電子が回路からp型半導体に流入し、接合を横切ってn側へ移動していき、そのままやはり回路から流出する。

という事が起こるのではないでしょうか?

よく参考書等に書かれているのは、

(1)p型半導体はキャリアとしての電子が少ないので、n側へ流入してくる電子がない。このため電流は流れない。
(2)逆バイアスによってキャリアが両端に引き寄せられ、空乏層が広がるだけで電流は流れない。

と言った内容です。
しかし、私の疑問として

(1)p型半導体には確かにキャリア電子が少ないが、電子は回路から流入してくるから、それが流れるのではないか?
(2)意味は分かります。例えばp側に注目すると、正孔が電極側に集まっていきます。
 つまり価電子帯に充満している電子が少しずつ接合面に向けて移動しているということだと思います。
 しかし価電子帯の電子は自由に動けるキャリアではないので、そのままn側へ移動していって回路へと流出するわけではありません。
 しかし、この(2)の説明でも、(1)の疑問を解決できているとは思えません。


以上、長くなりましたが要約しますと、
逆バイアス時になぜ回路からp型半導体にキャリア電子が流入しないのか?
ということです。

どなたか、よろしくお願いします。

なぜpn接合に逆バイアスを印加しても電流は流れないのでしょうか?

まず私が理解しているpn接合の流れを書きます。

・ドナー不純物をドープされているn型半導体(キャリアとして動ける電子が多数存在)
・アクセプタ不純物をドープされているp型半導体(キャリアとして動ける正孔が多数存在)

両者を接合させると

(1)濃度勾配により、n→p向きに電子が、n←p向きに正孔が拡散していく。
(2)接合面近傍では電子と正孔の結合によりキャリアは消滅。空乏層ができていく。
(3)そして接合面近傍では、n型半導体がプラ...続きを読む

Aベストアンサー

今回の最初の疑問「[金属][p+][空乏層(p半導体の)]という構造になるため、電子は流入しない」に対する回答は、No.5回答と同じです。
第1に、自由電子はp領域に過渡的にしか存在できません。正孔が安定して居れる場所がp領域です。
第2に、p領域には電界が存在しないので、電子を動かす力が働きません。

第2の疑問ですが、例えば対面する2枚の金属を考えて下さい。
片側に(電子線を照射する等で)電子を溜めると、それに対抗するもう一方の金属表面に+電荷が誘起されます。
それはコンデンサーが充電された状態と見なせます。
このコンデンサーは(放電が進む間は)電池と同じ働きをします。
この場合、「電子を押し出したり」「電子を吸い取る」働きはどのように説明できますか?

物理学では、ファラデー以来、+電荷と-電荷の間には電界(あるいは電気力線)が存在して、その中に電荷を置くと力を及ぼすと解釈しています。
これは非常に単純で一般性の高い考え方であると思います。
この考えでは、電位は電界を距離について積分した値になります。

Q物理の問題について質問です 問題 電圧Vで充電された電気容量Cのコンデンサーに電圧3Vの電池つなぎ、

物理の問題について質問です


問題
電圧Vで充電された電気容量Cのコンデンサーに電圧3Vの電池つなぎ、スイッチを入れる。抵抗で発生する熱量Hを求めよ。

解答

電池を流れる電気量は3CV-CV=2CV

2CV×3V=C(3v)^2/2 - CV^2/2 +H

∴H=2CV^2

電池を流れる電気量なのですが、なぜ3CV-CV=2CVという式になるのでしょうか?

また、静電エネルギーの変化量の求め方について質問です。変化量を求めるときは、どこに着目すれば変化量を求める事できますでしょうか?どこを基準にすれば求められるでしょうか?

解説よろしくお願いします

Aベストアンサー

コンデンサーには、最初CVの電気が蓄えられています。
3Vの電圧の電池につないだときは、は3CVの電気量が最終的に蓄えられる事になるのですが、
そのためには、電池が2CVの電荷を補充してやればよい・・・つまり、それは、電池に流れる電気量が2CVだと言うことです(解答は”電流”ではなく、”電気量”ですよね)。
ちなみに、抵抗が入っていますが、コンデンサーに電気が蓄えられてしまうと、抵抗には電流が流れなくなります・・・当たり前ですよね。
したがって、このとき抵抗に加わる電圧は、オームの法則より、V=IR → V=0・R したがって、0[V]となり、
電池の電圧は、最終的に全てコンデンサーに加わる事になります。

静電エネルギーの変化量ですが、
静電エネルギーU=(1/2)CV^2=(1/2)QV=(1/2)Q^2/C
ですね。Cを一定とみた場合は、左の公式では電圧の変化に注目、真ん中の式ではQとVの変化に注目、右の式では、Qの変化に注目します。
静電エネルギーの式を3つに書き分けるのは、もちろん、問題によって使いやすい形があるからです。
あ、ちなみに、右の式を使って静電エネルギーの変化を求めるとき。
ΔU=(1/2)C(3V ー V)^2
なんてしないで下さいね(^^;)
静電エネルギーの変化は、ΔU=(1/2)C・ΔV^2 ではありませんからね(^^)・・・大きなお世話だったかな(^^A)・・・あ、ΔVは電圧の変化の意味です。

コンデンサーには、最初CVの電気が蓄えられています。
3Vの電圧の電池につないだときは、は3CVの電気量が最終的に蓄えられる事になるのですが、
そのためには、電池が2CVの電荷を補充してやればよい・・・つまり、それは、電池に流れる電気量が2CVだと言うことです(解答は”電流”ではなく、”電気量”ですよね)。
ちなみに、抵抗が入っていますが、コンデンサーに電気が蓄えられてしまうと、抵抗には電流が流れなくなります・・・当たり前ですよね。
したがって、このとき抵抗に加わる電圧は、オームの法則より、V=...続きを読む

QRLC直列回路で、このグラフを書くためにはどのような式を立てれば良いのでしょうか?

RLC直列回路で、このグラフを書くためにはどのような式を立てれば良いのでしょうか?

Aベストアンサー

微分方程式作って解く。電子回路の場合は線形微分方程式なので
ラプラス変換という手法を使うのが普通です。

RLC直列にステップ入力した場合の VC の応答のようですが
VL(インダクタの電圧) =L(di/dt)
VC(キャパシタの電圧)=(1/C)∫idt
VR(抵抗の電圧)=Ri
i: 電流

なので

u(t) = L(di/dt) + (1/C)∫[0→t]idt + Ri

u(t): ステップ関数(t<0→0, t ≧0→1 という関数)。

これからi を求め (1/C)∫[0→t]idt を求めればよいのですが、
ラプラス変換すると

i→I, u(t)→1/s, L(di/dt) → sLI, (1/C)∫[0→t]idt→ I/(sC) と変換するので

1/s = sLI + I/(sC) + RI = {sL + 1/(sC) + R}I

I=1/[s{sL + 1/(sC) + R}]=1/{s^2L + 1/C + sR}
=(1/L)/{s^2 + s(R/L) + 1/(LC)}

ここで T=(1/2)R/L
{1/(LC)-(R/L)^2/4}=W と置くと

I=(1/L)/{(s+T)^2 + W}

これを逆ラプラス変換すると

W≧0 の場合は減衰振動解(リンギング解)。
i=(1/L)sin(√(W)t)e^(-Tt)/√(W)

W < 0 の場合は(RがLに比べ大きく、振動の減衰が激しい場合は)
非減衰振動解
i=sinh(√(-W)t)e^(-Tt)/√(-W)

これを積分して 1/C をかければ VC(t) です。
これが結構骨なんで、後はお任せします(^^;

微分方程式作って解く。電子回路の場合は線形微分方程式なので
ラプラス変換という手法を使うのが普通です。

RLC直列にステップ入力した場合の VC の応答のようですが
VL(インダクタの電圧) =L(di/dt)
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VR(抵抗の電圧)=Ri
i: 電流

なので

u(t) = L(di/dt) + (1/C)∫[0→t]idt + Ri

u(t): ステップ関数(t<0→0, t ≧0→1 という関数)。

これからi を求め (1/C)∫[0→t]idt を求めればよいのですが、
ラプラス変換すると

i→I, u(t)→1/s, L(di/dt) → sLI, (1/C)∫[0→t]idt→ I/(sC) と...続きを読む

Qコンデンサー 静電容量が小さくなると電圧が高くなる原理

コンデンサーに電荷を貯めて電源を取り除いた後、静電容量を小さくすると電圧は高くなりますよね?

静電容量を小さくするには3つ

①コンデンサー電極板の面積を狭くする
②コンデンサー電極間の誘電体を比誘電率の小さいものに変更する
③コンデンサー電極間の距離を大きくする

このうち①は狭い面積に電荷が詰め込まれる訳ですから電圧が高くなるのは分かりますし、②は比誘電率が小さくなる事で電気力線が増えますから電圧が高くなるのも分かります。

ところが③の電極間の距離を大きくすると電圧が高くなる事に関してはまったくイメージが湧きません。どのような原理で電圧が高くなるのか教えてください。

よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

電極には、異種類の電荷が帯電しているので「引き付けあう力」が働いています。これを「引き離す」には外部から仕事を加えることが必要です。この「加えた仕事」分のエネルギーが増えます。

電極を「無限遠」まで遠ざければ、電極の電圧は最大になります。

原理? 「電圧」つまり「基準点との電位差」はポテンシャルですから。
地上にあるものを、高く持ち上げれば「位置エネルギー」が増えます。どういう原理で増えるの、と言われても・・・。そういう「場」です。

Q容量の異なるコンデンサA、Bを2つ直列に繋げて直流電圧を加えた場合、 コンデンサA、Bに貯まる電荷の

容量の異なるコンデンサA、Bを2つ直列に繋げて直流電圧を加えた場合、
コンデンサA、Bに貯まる電荷の大きさは等しいと習ったのですがAとB全体の電荷の大きさはどう求めるのでしょうか?

この問題3の解説の最後の行の式の分子がなぜQ1になるのでしょうか?全体の静電容量なのだから分子はQ1+Q1で2Q1になりませんか?

Aベストアンサー

>容量の異なるコンデンサA、Bを2つ直列に繋げて直流電圧を加えた場合、コンデンサA、Bに貯まる電荷の大きさは等しいと習った

それはつまり、「電圧をかける前は、コンデンサの間の電荷はゼロなので、それが2つのコンデンサに分かれても、正電荷と負電荷が等しくないといけない、だって、足し合わせれば電荷はゼロになるのだから」ということです。

>この問題3の解説の最後の行の式の分子がなぜQ1になるのでしょうか?

上に書いたように、「解説」の上の図(コンデンサ2個)で、2個のコンデンサの間の電荷の総量は「ゼロ」なので、2つのコンデンサには同じ量の電荷になるということです。左から見ても Q1、右から見ても Q1

(コンデンサのサフィックスと、電荷のサフィックスを同じにして記載しています)

元の問題(コンデンサ4個)に戻れば、
 Q1 = Q2 + Q4
 Q3 = Q2
ということです。
 C2 と C3 も、上の理由で電荷が同じになります。
 C1 を左から見た電荷は Q1、C3 と C4 を右から見た電荷は、
  Q3 + Q4 = Q2 + Q4 = Q1
です。

>容量の異なるコンデンサA、Bを2つ直列に繋げて直流電圧を加えた場合、コンデンサA、Bに貯まる電荷の大きさは等しいと習った

それはつまり、「電圧をかける前は、コンデンサの間の電荷はゼロなので、それが2つのコンデンサに分かれても、正電荷と負電荷が等しくないといけない、だって、足し合わせれば電荷はゼロになるのだから」ということです。

>この問題3の解説の最後の行の式の分子がなぜQ1になるのでしょうか?

上に書いたように、「解説」の上の図(コンデンサ2個)で、2個のコンデンサの間の電荷...続きを読む

Q動線の端にプラス24vと0vをつなぎました。線上の2点に直流電圧テスターの両極を当てまた。電圧が0

動線の端にプラス24vと0vをつなぎました。
線上の2点に直流電圧テスターの両極を当てまた。電圧が0です。なぜですか?

Aベストアンサー

無理やりの回答をさせてもらうと、
銅線の抵抗は理想ゼロなので、いくら電流が流れようとも電圧降下は生じない、
電圧24Vは、電源内部抵抗で負担している。

本来は、設問自体が無理です。

Qミクロカノニカルアンサンブルでのエントロピーのエネルギー依存性

2状態系のミクロカノニカルアンサンブルでのエントロピーとエネルギーの関係を表すグラフは画像のようになると思うのですが、これは2状態系特有のグラフですか?

Aベストアンサー

いや、お示しの図のようなグラフからどの程度のずれているのを許容しているのかが分からなかったので、正確に2準位系と同じになるはずの系をを上げただけですよ。

例えば単に山型になっていればいいという事であれば、等間隔に並んだ3準位系などでもそうなっているはずです。(への字のように左右対称でなくてもいいのなら等間隔である必要もないでしょう)

Q比熱の温度依存性のモデルによる違い

2*2*2の立方格子上に並んだ電子に対して全通りのエネルギー(固有値)を求めて分配関数を作り、比熱の温度依存性を求めるようなプログラムを作ったら、画像のようなグラフが出てきました。位置とスピンには周期境界条件を使っています。使ったモデルはイジングモデルとハイゼンベルグモデルで、外部磁場は0としています。イジングモデルを緑の線で、ハイゼンベルグモデルを赤い線でプロットしました。
ハイゼンベルグモデルがイジングモデルと違って2次相転移(比熱の発散)を起こさないためにピークが緩やかなのかな、と思ったのですが、だとすると相転移を起こさない理由がわかりません。また、ハイゼンベルグモデルのピークがイジングモデルよりも高温寄りにずれている理由もわからないので、どちらかわかる方がいらっしゃったら教えていただけると幸いです。

Aベストアンサー

スピン間相互作用を -J S_i・S_j の形に書くことにして
2次元正方格子イジングモデルでは T_c/J ≒ 0.57,
ハイゼンベルグモデルでは T_c/J = 0
3次元単純立方格子イジングモデルでは T_c/J ≒ 0.75,
ハイゼンベルグモデルでは T_c/J ≒ 0.61
です.
ハイゼンベルグモデルの方が秩序が起こりにくいので,
同じ格子で見て T_c/J が小さくなっているのは自然です.

計算結果とは逆になっていますが,理由はすぐにはちょっとわかりません.
2×2×2の8スピンが小さすぎるのかも知れません.
この系だと周期的境界条件と開放境界条件の違いはちょうど J を倍にすることに
なってしまいます.

計算のチェックも必要ですかね.
2スピンは簡単に手でできます.
4スピンはトータルの磁化で分類すれば6×6の行列になり,
さらに対称性で分類できますから,これも手で解けるでしょう.

> イジングモデルの方がパラメータの変化に対して敏感なようです。

イジングモデルはz成分1つしかないのに対して
ハイゼンベルグモデルはx,y,zの3成分あります.
ごく単純に考えれば,磁場はz成分にのみ関係しますから,
イジングモデルの方が磁場が効きやすいように思えます.
ただし,3成分は独立でなくて交換関係がありますから,
いつでもそんなに単純かどうかはわかりませんね.

スピン間相互作用を -J S_i・S_j の形に書くことにして
2次元正方格子イジングモデルでは T_c/J ≒ 0.57,
ハイゼンベルグモデルでは T_c/J = 0
3次元単純立方格子イジングモデルでは T_c/J ≒ 0.75,
ハイゼンベルグモデルでは T_c/J ≒ 0.61
です.
ハイゼンベルグモデルの方が秩序が起こりにくいので,
同じ格子で見て T_c/J が小さくなっているのは自然です.

計算結果とは逆になっていますが,理由はすぐにはちょっとわかりません.
2×2×2の8スピンが小さすぎるのかも知れません.
この系だと周期的境界...続きを読む

Q【電気の直流は極性が変化しないことを表すだけで電圧が一定であるという意味ではない】 これは正しい解釈

【電気の直流は極性が変化しないことを表すだけで電圧が一定であるという意味ではない】


これは正しい解釈ですか?間違っていますか?

Aベストアンサー

「広義」には正しいです。

交流を整流しただけの「脈流」も広義には「直流」で、これを「平滑化」して「定電圧」にしたものが「狭義」の直流となります。

ウィキペディア「直流」
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%B4%E6%B5%81

Qどうやってすればいいか分かりません。説明をお願いします

どうやってすればいいか分かりません。説明をお願いします

Aベストアンサー

1です。

まず(ア)ですが、
進行方向が右向きなので実線のx=0の部分が1秒後、x=3のところまで変位したことがわかります。
つまり波は1秒で3マス分変位しました。
1マスあたり1/3秒で変位しています。
周期は波が1波長分変位するのにかかる時間なので、波が4マス変位するのにかかる時間になります。
よって、4×1/3=4/3秒になります。

次に(イ)ですが、
実線の波形より2秒後、つまり破線の波形の1秒後なので、
破線の波形を右に3マス分移動させます。すると、
x=0のとき y=0
x=1のとき y=-1
x=2のとき y=0
x=3のとき y=1
x=4のとき y=0
の波形になります。


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