ダイオードの原理

質問

再びダイオードについて疑問点があります。
順方向に電流を流したとき接合面でホールと電子が結合することにより電流が流れるのならば、逆方向に電流を流した場合も、P形・N形それぞれと導線との結合部分でそれぞれ、P形由来のホールと電池由来の電子が、N形由来の電子と電池由来のホールが、結合することにより（逆方向であっても順方向と同様に）導線に電流が流れることはないのですか？
そうするとP形がホールを失って負に帯電、N形が電子を失って正に帯電して、両者の間に電位差（N形が高電位）が生じるからキルヒホッフの法則が成り立つ、と考えたのですが。
ちなみに前回の質問でN形とP形との接合面に電位差が存在している、という回答を頂いたのですが、そのことがあるから前段落のような議論は嘘になるのでしょうか？

回答No.2

ymmasayan · ベストアンサー

分りやすくする為に少し正確さを欠くかも知れませんが。

>　逆方向に電流を流した場合も、・・・・、導線に電流が流れることはないのですか？
まず誤解が２つあります。
１．導線にはホールはありません。有るのは自由電子だけです。
２．電流が流れると言う事は回路内全てを連続して「ホール又は電子のどちらか」が
時間的に継続して流れる必要があります。
この条件では接合部を電子もホールも通過しませんから回路全体として
電流が流れない事になります。
あなたが言われる話が仮にあったとしても瞬間の話です。

>　そうすると、・・・・・、両者の間に電位差（N形が高電位）が生じるから
>　キルヒホッフの法則が成り立つ、と考えたのですが。
半導体の場合にはNo.1さんの言われるようにオームの法則やキルヒホッフの法則は
成り立ちません。線形ではないからです。
しかし次のどれかに近似して考えると分りやすいでしょう。
１．全く電気を通さないと考える。ダイオードを外したのと同じ
２．近似的に熱電子による電流を通すだけの高抵抗と考える。
３．接合面の電位差と熱電子の両方を考える。イメージは３つの抵抗を直列にして
真ん中の抵抗に並列に電位差相当の電池を入れた形。

>　ちなみに前回の質問でN形とP形との接合面に電位差が存在している、
>　という回答を頂いたのですが、そのことがあるから前段落のような議論は
>　嘘になるのでしょうか？
電位差の存在は３のようなイメージで考えればいいでしょう。
それと前段階の誤解とは別の話です。

お礼

ありがとうございます。

＞２．近似的に熱電子による電流を通すだけの高抵抗と考える。
というのは、どういうことでしょうか？熱電子とは？

回答No.3

Piazzolla

＞順方向に電流を流したとき接合面でホールと電子が結合することにより電流が流れるのならば

ここの文章は、違っています。
再結合するのは、一部の電子とホールで、大部分の多数キャリアは、反対側の領域に移動します。N形の電子はP形に、P形のホールはN形領域に行きます。（少数キャリアの注入といいます。）

次の文章が分かりにくいのですが。。。
仮に、なにか流れそうだとしても、逆バイアス電圧をかけた状態では、PN接合付近に高い電位障壁がありますから、移動することが出来ません。
この状態は、コンデンサに直流電源をつないだようなものですから、電圧を加えても電流は流れませんよね。
（厳密には違いますが、譬えとしてです。）

＃１さんが書いていますように、条件によっては、トンネル効果や雪崩降伏などにより、逆方向にも大きな電流が流れることもあります。このあたりになると、エネルギー準位を学ばないと、なかなか理解しがたいかもしれません。

回答No.1

incho4649

こん○○は

銅線とP型N型各半導体との接触はオーミック接触と言ってオームの法則やキルヒホッフの法則が当てはまりますが、P型とN型の半導体の接触部分はPN接合と言ってオームの法則は当てはまりません、当然キルヒホッフの法則も然りです。
逆方向電圧をかけた場合、ある一定の電圧（降伏電圧）以上でツェナー降伏やアバランシェ降伏が発生し、電流が流れる場合もあります。
降伏電圧は半導体にドープする不純物によって決まります。
また、ツェナーやアバランシェ効果をを積極的に利用した特定電圧を引き出すダイオードも存在しています。