順方向バイアス中、外部電圧が PN 接合ダイオードの両端に印加されます。この電圧により、電位障壁が取り除かれ、電流通過のための低抵抗経路が作成されます。デバイスの正の部分は電源の p 端子に接続され、負の領域はデバイスの n 型に接続されます。ポテンシャルバリア電圧が非常に低いため (シリコンではほぼ 0.7 V、ゲルマニウムでは 0.3 V)、バリアを完全に除去するのに必要な電気量はわずかです。バリアを完全に除去すると、電流の流れに対する抵抗が低いチャネルが得られます。その結果、接続に電流が流れ始めます。順電流は、このタイプの電流の名前です。バッテリーのマイナス部分はプラス端子に接続され、プラス領域は逆バイアスでマイナス端子に接続されます。ポテンシャル障壁の強度は、逆ポテンシャルによって増加します。接合部を横切る電荷キャリアの流れは、ポテンシャル障壁によって妨げられます。電流が流れない高抵抗経路を生成します。
順方向バイアス PN ジャンクション
PN接合のp型領域が電圧源の正端子に接続され、n型領域が電圧源の負端子に接続されている場合、接合は順方向バイアスされていると言われます。 p 型材料で共有結合の生成に関与した電子は、ソースの正端子の引力により、この順方向バイアスの状況で端子に向かって引き付けられます。その結果、共有結合が破壊され、電子がプラス端子に移動します。その結果、末端付近の結晶中の電子濃度が上がり、ここで電子が正孔と再結合します。負イオンの電子が出てきて、それらの正孔と再結合し、負の不純物イオン層の近くで正孔の濃度が増加するため、層内に追加の正孔が作成されます。その結果、マイナスイオン層の幅が狭くなり、やがて蒸発してしまう。同様に、ソースの負端子により、n 型領域の自由電子が接合部に向かって流れ、そこで正の不純物イオンの層に遭遇し、これらのイオンと再結合して、層内に自由電子を形成します。その結果、正の不純物イオンの幅が縮小し、最終的には消滅します。このようにして両方のイオン層が消滅し、空乏層がなくなります。空乏層がなくなると、自由電子は n 型領域から p 型領域に、正孔は p 型領域から n 型領域に容易に移動できます。その結果、電流の流れに対する障壁はなくなり、PN 接合は短絡回路として機能するはずです。
逆バイアス PN ジャンクション
電圧源の正端子が n 型領域に接続され、その負端子が p 型領域に接続されている場合。この状態にあるとき、PN接合は逆バイアスされていると見なされます。電圧が印加されていないときに p n 接合に生じる電位は、接合上のゲルマニウムでは 25oC で 0.3 ボルト、シリコン p n 接合では 25oC で 0.7 ボルトです。この電位障壁の極性は、逆バイアス状態で使用される電圧源の極性と同じです。 PN 接合の逆バイアス電圧が増加すると、PN 接合の両端に生成されるバリア ポテンシャルが増加します。その結果、PN ジャンクションが拡張されました。ソースの正端子が n 型領域に接続されると、その領域の自由電子がソースの正端子に引き寄せられ、その結果、空乏層でより多くの正の不純物イオンが形成され、正の不純物イオンの層が厚くなります。ソースの負端子は接合部の p 型領域に接続されているため、電子は同時にこの領域に注入されます。電子は、n 型領域の正の電位により接合部に向かって移動し、正の不純物イオンの層に隣接する正孔と結合して、層内により多くの正の不純物イオンを形成します。その結果、層の厚さが増します。その結果、空乏層の全幅が拡大し、バリアポテンシャルも拡大します。空乏層の幅は、バリア電位が印加された逆バイアス電圧に達するまで増加し続けます。バリア電位のこの増加は、供給された逆バイアス電圧まで続きますが、印加された逆バイアス電圧が十分に高い場合、空乏層はツェナーおよびアバランシェ降伏により消滅します。また、逆バイアス空乏層が完成した後、ポテンシャル バリアが印加電圧に対抗するため、電荷キャリア (電子と正孔) が接合部をドリフトしなくなることも注目に値します。これは、ポテンシャル バリアと同じです。 p 型半導体では電子が熱的に生成され、n 型半導体では正孔が熱生成される少数キャリアによって、n 型から p 型領域に小さな電流が流れます。
結論
整流ダイオードは、交流電気を整流するために使用されるデバイスです。高周波エレクトロニクスのコンポーネントの 1 つに、ガン ダイオードがあります。電子システムでは、電流と電圧を安定させるためにツェナー ダイオードが使用されます。フォトダイオードは光検出器の一種です。スイッチング ダイオードは、2 つの状態をすばやく切り替えるために使用されるデバイスです。トンネル ダイオードは、回路の負の動的抵抗セクションで使用されるダイオードの一種です。赤外光スペクトルは LED から放出されます。逆バイアス状態で電圧が印加されると、可変容量ダイオードは
