【図解あり】ダイオードの仕組みと役割




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【図解あり】ダイオードの仕組みと役割

ダイオードという言葉を聞いた事がある方は、多いと思います。

最近では、ダイオードの一種であるLED(Light Emitting Diode)の

  • 電球
  • 照明器具 等々

が私たちの家庭に普及しています。

この記事では、そのダイオードについて

  • ダイオードの構造
  • ダイオードの役割

と分けて、それぞれ説明します。

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ダイオード

ダイオード

ダイオードの構造

ダイオードの構造

ダイオードは、

  • P型半導体
  • N型半導体

を結合させた構造になっており、

  • P型半導体の端子側をアノード
  • N型半導体の端子側をカソード

と呼びます。

ダイオードの構造

N型半導体P型半導体に関しての記事はこちら

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ダイオードの回路記号
ダイオードの回路記号
ダイオードのしくみ

ダイオードの役割

ダイオードの役割

ダイオードは、

  • アノード(陽極)
  • カソード(陰極)

の二つの端子を持ち、電流を一方向にしか流しません。

すなわち、

  • アノードからカソードへは電流を流しますが
  • カソードからアノードへは電流をほとんど流しません。

このような作用を整流作用と呼びます。

順方向バイアス

ダイオード

  • アノード側に正電圧(+)
  • カソード側に負電圧(-)

を印加することを順方向バイアスをかけると言います。

これは、

  • N型半導体領域に自由電子
  • P型半導体領域に正孔

を注入することになります。

順方向バイアス

自由電子正孔のキャリアがN型半導体・P型半導体内でそれぞれ過剰となる為、空乏層は縮小・消滅し、キャリアはN型半導体・P型半導体の接合部付近で結びつきます。

つまり、

  • 自由電子カソードからアノード側に流れます
  • 電流は、アノードからカソード側に流れます
自由電子正孔再結合に伴い、これらの持っていたエネルギーが

として放出されます。

逆方向バイアス

アノード側に負電圧を印加することを逆方向バイアスをかけると言います。

この場合、

  • N型半導体領域に正孔
  • P型半導体領域に自由電子

を注入することになるので、N型半導体・P型半導体のそれぞれの領域において多数のキャリアの不足が発生します。

逆方向バイアス

続いて、

  1. N型半導体・P型半導体の接合部付近の空乏層がさらに大きくなり
  2. 内部の電界も強くなるため
  3. 拡散電位が大きくなります

この拡散電位が外部から印加された電圧を打ち消すように働くため、逆方向には電流が流れにくくなります。

拡散電位・・・
P型半導体とN型半導体を接触 (p-n接合) させると、

  • 正孔が、P型半導体 ➡ N型半導体
  • 自由電子が、N型半導体 ➡ P型半導体

拡散していくことにより,フェルミ準位が一致します。

この、P型半導体とN型半導体の接合付近のN型半導体とP型半導体の仕事関数の差に相当する電位の段差の事を拡散電位と呼びます。

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