なぜpn接合に逆バイアスをかけても電流は流れない?
なぜpn接合に逆バイアスを印加しても電流は流れないのでしょうか?
まず私が理解しているpn接合の流れを書きます。
・ドナー不純物をドープされているn型半導体(キャリアとして動ける電子が多数存在)
・アクセプタ不純物をドープされているp型半導体(キャリアとして動ける正孔が多数存在)
両者を接合させると
(1)濃度勾配により、n→p向きに電子が、n←p向きに正孔が拡散していく。
(2)接合面近傍では電子と正孔の結合によりキャリアは消滅。空乏層ができていく。
(3)そして接合面近傍では、n型半導体がプラスに、p型半導体がマイナスに帯電していく。
(4)それによってできた電位差によって、拡散方向とは逆向きの力を受けて電子と正孔の移動は停止する。
ここに順バイアス(n側にマイナス、p側にプラス)をかけると、
n側で多数キャリアである電子は接合を横切ってp側へ移動していき、回路へと流出していく。
そしてその分、電子が回路からn型半導体に流入し、これが続くため、電流が流れる。
このようなストーリーだと理解しています。
しかし私が思うに、逆バイアス(n側にプラス、p側にマイナス)をかけたとしても、
n側で多数キャリアである電子はそのまま回路へ流出していく。
そしてその分、電子が回路からp型半導体に流入し、接合を横切ってn側へ移動していき、そのままやはり回路から流出する。
という事が起こるのではないでしょうか?
よく参考書等に書かれているのは、
(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。
と言った内容です。
しかし、私の疑問として
(1)p型半導体には確かにキャリア電子が少ないが、電子は回路から流入してくるから、それが流れるのではないか?
(2)意味は分かります。例えばp側に注目すると、正孔が電極側に集まっていきます。
つまり価電子帯に充満している電子が少しずつ接合面に向けて移動しているということだと思います。
しかし価電子帯の電子は自由に動けるキャリアではないので、そのままn側へ移動していって回路へと流出するわけではありません。
しかし、この(2)の説明でも、(1)の疑問を解決できているとは思えません。
以上、長くなりましたが要約しますと、
逆バイアス時になぜ回路からp型半導体にキャリア電子が流入しないのか?
ということです。
どなたか、よろしくお願いします。
お礼
お返事ありがとうございます。なんとなくはわかるのですが(認めざるをえない?)、順バイアスをかけたとしても接合付近ではドーピングされた原子の電荷があるので、その影響はどうなのでしょうか?0.6V以上の順バイアスを与えると、空乏層の電界に打ち勝つほどのエネルギーを得ることができるから電流は流れる、という解釈でいいのでしょうか?バンド図で説明しているのがほとんどですが、空乏層自体の幅は変わらず、PN双方の伝導体が近づいて電子が障壁を乗り越える…と説明がありますが、空乏層があること自体変わりは無いと…。コンデンサとかいてあっても、純粋なコンデンサでは無いということで間違ってないでしょうか…。長々とすみません…。