V-I特性曲線について

質問

こんにちわ。初歩的な質問ですがお願いします。
私は大学の理学部生物学科の1年です。
高校で物理をやっていなかったので、全くもってわからず困っています。(物理実験は教職の免許を取る為にやむなくとっています)

ダイオードの特性を調べる物理実験で、
「SiダイオードとGeダイオードのV-I特性曲線の違いを、バンドギャップの具体的な数値を用いて説明せよ」
というレポート課題が恥ずかしながら再提出になってしまいました。
pn接合についてはhttp://kccn.konan-u.ac.jp/physics/semiconductor/のpn接合に関するところを参考にしてレポートを書きましたが、特性曲線の違いまで説明が出来ません。
そもそもV-I特性曲線とバンドキャップはどう関係しているのでしょうか？

googleなどを調べましたが、私が理解できるような説明のものがなく、大学の図書館でも難しそうな本ばかりで、借りても使うことが出来ません。かといって今から物理をはじめからやるのは時間的にちょっと…。

どなたか上の課題について基本的なところを説明していただけませんでしょうか。理解するためのヒントになるようなものでかまいません。
どうかよろしくお願いします。

回答No.2

gontarohk · ベストアンサー

レポートの課題のようですので簡単なヒントと＃１の回答の間違いの訂正だけにします。

まず、バンドギャップはSiの方がGeよりも大きいです。＃１のコメントは逆です。

次にヒントを3段階で書きます。
（第１段階）
ｐｎ接合のｎには電子が、ｐには正孔が多数キャリアとしてあります。これらが、反対側に流れ込まないのは、ｐｎ接合に障壁ができるためです。この障壁の高さは、バンドギャップにほぼ等しいと考えて良いでしょう。順方向に電圧を加えると、この障壁が小さくなります。障壁が、ほぼ消滅するために必要な電圧は、バンドギャップが大きいほど、高くなります。

（第２段階）
半導体の教科書に一般的に書いてある、順バイアスでの電流の式　　
　　A exp(-qV/kT)
には、バンドギャップの大きさが入っていません。これは何故かを考えてください。（電流が上の式のように書けるのは、ある条件下です。この条件が破れるのは、どんな時でしょうか？第１段階で書いた事と組み合わせて考えてください。）また比例係数のAにバンドギャップの大きさがどのように影響するかを考えてみてください。

（第３段階）
逆バイアスでの電流は、理想的には上式のAになります。
さらに逆電圧を大きくすると、トンネル効果か雪崩降伏によって電流が急激に大きくなります。これの起こりやすさは、バンドギャップに大きく依存します。どのように依存するかは、それぞれのメカニズムを考えれば、簡単に分かります。

お礼

ヒントの順に考えて行ったら何となくですがわかった気がします。
ありがとうございました。

回答No.3

gontarohk

＃２です

教科書に書いてある一般的な式を書き間違えました

　　A｛exp(qV/kT)-1}

です。失礼しました。

回答No.1

aikawa36

私も理系大学の1年生です。専門家のような解説はできませんが、同じ大学生として助言させてもらいます。
>「SiダイオードとGeダイオードのV-I特性曲線の違い
>を、バンドギャップの具体的な数値を用いて説明せ
>よ」
手元にはV-I特性グラフがあるんですよね？（無くてもV-I特性をキーワードにすればインターネットで探せるはずです。）そしたら注目してほしいのはSiダイオードとGeダイオードのグラフの傾斜の程度です。
Siダイオードは急な曲線になってるはずです。つまり一度電流が流れれば後は一気に流れる。これは抵抗が小さい事を示しています。それに対して、Geダイオードはやや緩やかな曲線になっているはずです。これは、Siダイオードのように一気に流れるのではなく徐々に電流が流れていく様子を示しているのだと思います。つまり、Geダイオードは抵抗が大きいことを示しています。
抵抗が大きいということは、バンドキャップが大きいということです。それに比べSiダイオードは抵抗が小さいのでバンドキャップが小さい。
違いは単純に上記のようなことなのではないでしょうか？あとは、具体的なそれぞれのバンドキャップの値を調べて説明に加える。といった感じだと思います。

お礼

ありがとうございます。
どの程度まで詳しく書けばよいかわからなかったので、同じ大学生のアドバイスはとても参考になりました。