ｐｎ接合について

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質問者：komatta1
質問日時：2004/06/07 21:55
回答数：5件

PN 接合の両側に電池をつないで逆バイアスをかけたときＰＮ接合内で空乏層が出来、電流が流れないのは分かるのですがＮ－電極間、Ｐ－電極間ではどうでしょうか？電流が流れないとすればそれはなぜでしょうか？Ｎ－電極間、Ｐ－電極間にはそれぞれ電位差があると思うのですが。

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回答 (5件)

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No.5

回答者： Teleskope
回答日時：2004/06/26 17:20

（レス遅れました、申し訳ないです）　

　
　>> 順バイアス時に流れているP－電極間、またはN-電極間の電流（電子）は
どこから発生するのでしょうか？　<<

１．
　予備知識が少し必要です。
　その１
電極は普通は金属です。一般に正イオンになりやすい原子は外側の電子が余ってま
すね、そんな原子が規則正しく並ぶと外側の電子が完全に自由になる場合がありま
す。自由な電子が満ちあふれた物質が金属です。　いわば自分の家とお隣さんの区別
が無くなってしまう、どこに居ても同じ（存在確率が金属内で一様、だから電気が通
りやすい）になっています。　半導体内はこうではありません。
　その２
物質内にある電子を外に引き離すとき、「出やすさ」が物質によってちがいます。
　出やすい物と出にくい物をくっつけると電子は出にくい方が多くなります。（際
限なく移らないのはNo4の冒頭で説明したのと同じです。）

　金属とｎ型の接合
ｎ型より「出やすい」金属を使います。金属の電子がｎ型へ移ります、けどそこには
元々電子が多数居るからなにも起きません。出た後の金属は正に帯電なので電子の邪
魔にはなりません。
　もし「出にくい」金属だと；ｎ型の電子が金属に移ります。金属が負電位になって
移動は止まりますが、負電位はｎ型の電子を遠ざけるので空乏層ができてしまう。空
乏層はダイオードです。
　電圧電流特性を測ると、後者は曲がっておりダイオードそのものです。しかし前者
は普通の抵抗と同じ直線状なので前者をオーミック(Ω的)接続といいます。電極に
使える性質は当然後者です。

　金属とｐ型の接合
ｐ型より「出にくい」金属を使います。現象は上記と反対です。

　別の方法
もし空乏層が薄ければ「トンネル効果」で自由に通れます。空乏層の厚さはキャリア
濃度が高ければ薄い。（ｐｎ接合と同じです。）　そこで、電極にする所だけ不純物
を濃くします。（コレクタなどキャリア濃度が低くないと困るので場所を工夫しま
す。）
　この方法だと配線用の金属(主にアルミ)がそのまま電極にも使えます。ｐとｎの
区別もありません。
　雑誌やサイトで「ICの断面図」を見てください、ｎ++やｐ++と書いてある所が濃い
所です。あまり複雑な素子では分かり切った事として省略してるので単純なトラ
ンジスタがいいと思います、コレクタ電極の下などが島状にｎ++となってるはずで
す。

　余談；
Siでない化合物半導体(LEDなど)では良い組み合わせの電極材料が無くて大きな電極
電位差が出てるものもあります。よく、「LEDの色と波長で計算した電圧が現物と合
わないのは何故」という質問を見ますがその原因のひとつです。
（LEDの電圧は単純計算では無理です）
そして、
金属と半導体の接合ダイオードも昔から実用化されており、発見者の名前からショッ
トキダイオードと呼ばれています。
このように、
ｐ型Siとｎ型Siの接合(同種の接合)よりも、脇役だと思いがちな電極(異種の接合)の
方が面白さが多く、異種の接合から新しい発明が続々と生まれてます。

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No.4

回答者： Teleskope
回答日時：2004/06/09 09:00

　
　初等的に説明します。
例えばｎ型半導体の中では；不純物原子が電子とイオンに分かれています。電荷は電子が負でイオンが正です。
電極が電子を奪い始めると→イオンの数が過剰になり→全体として正電位になり→電極の電位と等しくなったところで→電子の移動は止まります。

　
　余談ですが；
この状態のｎ型でも熱のゆらぎで少数の正孔が発生してます。その正孔にとっては順バイアスなので御存知のように少しの電流が流れます。　ｐｎ接合はこのように常に必ず逆の立場の者が共存してます。
　
　高い電圧で不純物原子の数すべての電子を奪われるとあとには(電位的な)坂道が残り、さらに電圧を上げると坂が急になって雪崩れ降伏に到ります。（正確にはツェナーではなくアバランシェです。）
　
　