なぜpn接合に逆バイアスをかけても電流は流れない？

質問

• 逆バイアスをかけてもpn接合では電流は流れない理由について質問しました。
• pn接合では、順バイアスをかけると電流が流れますが、逆バイアスをかけると電流は流れません。
• この理由について、p型半導体のキャリア電子が流入しない仕組みについて解説を求めています。

回答No.2

ORUKA1951

まず、基本から・・中学校の理科あたりから。ここで躓いている。
ある物質に電圧をかけると、電場が変化して電荷を持つ粒子に力が働きます。
金属は、自由に移動できる電子があるために定位から隣に移動できます。移動した空席には更に次の電子がはいる。こうして電子は電場の影響を受けて移動します。
　電子の移動速度はとても遅いですが、電場の変化の信号はその物質内の光速で伝わっていきますから、結果的に電荷が一方から他方に移動します。
　電流が流れるとは電荷の移動であって、電子の移動ではありません。電子の動きはとても遅い・・。小中学校でまなぶ水流モデルで言うと水が一杯詰まったホースに水圧をかけると、他方に圧力の変化が伝わると同時に水は出てきますが、入った水分子が出てくるわけじゃない。

　イオン結合や共有結合は電荷を持つ粒子--この場合は電子--が移動できないために電圧が加わっても移動できません。電解質を含む水の場合はイオンが移動できますから電流は流れる。

　共有結合は移動できる電荷を持つものがありませんから電流は流れません。

　半導体とは共有結合の物質ですから電流は流れないのですが、温度や大きな電圧が加わると、伝導帯に押し上げられた電子が自由性を獲得して移動できる様になります。
　導体と異なり、温度が上昇すると抵抗が下がる。

　p型半導体、n型半導体は、不純物を含む半導体です。純粋な半導体と異なり電荷を持つ電子やホール（仮想的なもの）が存在し、移動できますから、導体のように電気を流すことができます。

　n型半導体は電圧が加わると電子が移動し、空席には電線から電子が供給されます。
＋)　電子←|・・・←電子・・・|←電子　(－
　　　　　　n型半導体
　p型半導体は電圧が加わると正孔が移動し、電子を奪われて正孔ができます。
＋)　電子←|○○○正孔→○○○|←電子　(－

ここで接合すると
＋)　電子←|・・・←電子・・・|←電子←|○○○正孔→○○○|←電子　(－
逆電圧
－)　電子→|・・・電子→・・・|　　　　|○○○←正孔○○○|→電子　(＋

　接合部では不純物を含まない半導体--共有結合性--と同じものになっちゃって、正孔を埋め合わせるための電子が供給されない。

お礼

ご回答ありがとうございます。とても参考になりました。

確かに共有結合している物質には電流は流しにくいはずなので、それと同じことなのでは？
と考えられます。

しかし、たとえ「不純物を含まない半導体--共有結合性--と同じもの」だとしても、伝導帯に電子が注入されないのはなぜなのでしょうか？そこは空のはずなので電子が入れるような気がします。

また、たしかに「電流が流れる」とは電子の流れに限ったことではないとは思いますが、
（たとえばプロトンのビームなども電荷が移動しているため電流だと思う）
ここでは電流＝電子の流れなのではないでしょうか？
「電場の変化が空間を伝わること」そのものが「電流」という訳ではないですよね？