ダイオードの拡散電位について

質問

ダイオードの電流-電圧特性から測定した拡散電位が720mVでした。
そして、このダイオードに逆方向バイアスしてコンデンサとしての容量-電圧特性で割り出した拡散電位の値が400mVでした。
このダイオードが傾斜形接合をしている…ということまでは分かったのですが…。

この拡散電位の違いは何なのでしょう？測定ミスでしょうか…。
どなたかご存知の方、教えていただけないでしょうか？

回答No.2

inara1 · ベストアンサー

拡散電位 Vb は、電流-電圧特性の立上がり電圧にほぼ一致します。この電圧は半導体のバンドギャップエネルギーが大きいほど大きくなります。Si では 0.6～0.7V、Ge では0.3V程度になります。Siダイオードで実験しているのなら、Vb = 720mV のほうがもっともらしい値です。容量-電圧特性から求めた Vb が間違っている可能性があります。

＞このダイオードが傾斜形接合をしている…ということまでは分かった
傾斜接合なら、 1/(容量^3) と バイアス電圧 V の関係は、以下のように、V < 0 の領域で直線になるはずです。

　　　　　1/(容量^3)
　＼　　　　↑
　　　＼　　│
　　　　　＼｜
　　　　　　 ｜・
　　　　　　 ｜　　・
　――――┴――-・―→ V
　V < 0　　 0　　　　Vd

この直線を 0 < V 側に延長して横軸と交わる点の電圧が 拡散電圧 Vd になります。実験は V < 0 の領域でされていると思いますが、V が 0V に近い領域では他の要素（拡散容量）の影響が出てくるので、逆バイアスが充分深い領域（ V << 0 ）で測定したデータを使って Vb を求めたほうがいいです。傾斜接合なら、グラフの縦軸は 1/C^2 でなく 1/C^3 ですが、これは間違っていませんね？

＞電流-電圧特性から測定した拡散電位が720mVでした
ダイオードの飽和電流 Is [A] と拡散電位 Vb [V] の関係は
　　　Is = S*A*T^2*exp{ -q*Vb/( k*T ) }
　　　→ Vb = ( k*T/q )*ln( S*A*T/Is )
で表わされます。S は接合の断面積 [m^2]、Ａ はリチャードソン定数 [A/m^2/K^2]、T は接合温度 [K]、q は電子の電荷 [C]、k はボルツマン定数 [J/K] です。リチャードソン定数は半導体中の電子の有効質量に比例するので、有効質量の見積もりが誤っていると計算される Vb が違ってきます。

お礼

inara1さん、回答ありがとうございます。

グラフの縦軸は1/C^3にしているので問題ありませんし、inara1さんのグラフのようになりました。
そこで、inara1さんの、「逆バイアスが充分深い領域」を試してみたところ、720mVに近くなりました。グラフをよくよく見たら、Vが０に近くなるにつれて曲がってましたorz

無事解決することができました。ありがとうございます。

回答No.1

orcus0930

詳しくは知らないんで、間違ってるかもです。

順方向のバイアスと逆方向のバイアスでは、
ダイオードの空乏層の厚さが変化するので、その影響ではないでしょうか。

お礼

orcus0930さん、回答ありがとうございます。

空乏層についても考えて見ます。