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.3

rabbit_cat

＞(1)p型半導体はキャリアとしての電子が少ないので、n側へ流入してくる電子がない。このため電流は流れない。
＞(2)逆バイアスによってキャリアが両端に引き寄せられ、空乏層が広がるだけで電流は流れない。

このような説明を、半導体の「準古典力学近似」と言っています。
この説明は確かにある種のゴマカシが入っています。
というか、準古典力学近似の枠組みの中では、こういうゴマカシが入っている説明しかできません。
したがって、この説明で納得できない、と思うのは無理ないといえば無理ないです。

この説明で納得できないというのは、つまり、準古典力学近似の枠組み自体が納得できないということなわけで、これ以降、どんなに準古典力学近似の枠組みで議論しても、質問者さんが納得いく答えは絶対に得られないでしょう。

というわけで、準古典力学近似の説明ではなくて、もう一段プリミティブなレベル、具体的には、バンド理論に戻ってポテンシャル関数を見てみるのがよいと思います。「半導体なんたら」とかいう教科書ではなくて、「固体物理学」とかそんな感じの教科書を見れば、載っていると思います。

さらに言えば、バンド理論自体も近似です。もし、バンド理論を勉強してもなお納得がいかないということであれば量子論まで戻るしかありません。
ただし、今日現在、半導体のように大量の原子が並んだ結晶の波動関数の厳密解は知られていません。（現時点では、バンド近似よりも精密なモデルは存在しない）

お礼

ご回答ありがとうございます。

正直、バンド理論は最小限にして理解したかったのですが、そうもいかない気がしてきています。

また、数多くの回答者様がご回答くださっていますが、それらもゴマカシが入っていて、
実は間違っているということなのでしょうか？
それとも合ってはいるけど、とても厳密に考えると、全てを説明しきれてはいないということなのでしょうか？

ご提案頂いたカテゴリーの参考書を読んで勉強しようと思います。
ありがとうございます。