pinダイオードについて

質問

pinダイオードに順バイアスを印加し続けると、バンド図はどのようになるのでしょうか?例えば、p層のポテンシャルは下がり続ける?そのため、順電流に応じて抵抗も変わると思っているのですが。
ちなみに普通のpnダイオードはキャリアがすぐに再結合するためポテンシャルはフラットになるとp層は下がらないという認識で正しいでしょうか?

回答No.1

inara1

バイアス無しのときのpinダイオードのバンド図がどうなっているか分かりますか。それが分かれば、順バイアスを印加したときにどうなるかが分かるはずです。このサイト（http://jas.eng.buffalo.edu/education/pin/pin/index.html）でpinダイオードのバンド図を描くことができます。

赤色の部分がp型、灰色がi型（ノンドープ）、青色がn型半導体です。灰色の横線がバンドギャップの中央（ミッドギャップ）、緑色の横線がフェルミ準位の位置になります。図の下の欄にある Na はp型領域のアクセプタ濃度、 Nd はｎ型領域のドナー濃度で、この値を変えて、「SetValue」をクリックすると、フェルミ準位の位置が変わります。i型はドーピングされていないのでフェルミ準位の位置はミッドギャップにあります。

この図はまだ接合形成前のものですが、左上の 「Form Junction」 をクリックすると、pin接合形成後のバンド図が表示されます。接合形成前には位置がずれていたフェルミ準位が、接合形成後は一直線に並びます。接合形成後は、 p/i 界面と i/n 界面に白い部分が表示されていますが、これが空乏層です。ここで 「Show Parameters」 をクリックすると、ミッドギャップからフェルミ準位までのエネルギー差や、空乏層幅 xn,xp、ビルトイン電圧 V0 の値が表示されます。

下の欄にある d は i 層の厚さですが、この値を変えて、その右の「SetValue」をクリックすると、バンド図が書き換えられます。ここで、i層の厚さを変えてみてください。ここを変えてもビルトイン電圧 V0 は変わりません（ i 層のない単純なpn接合のビルトイン電圧と同じ）。しかし、キャリアのない部分の幅はpn接合と異なります。その幅は、接合界面より半導体側にできる空乏層と、i層の幅の和（ xp + d + xn ）になります。順バイアスを印加したときにバンドの曲がり方が変化するのは、このキャリアのない部分です。つまり、単純なpn接合の場合と同様に、 xp + d + xn の部分を空乏層と考えれば、pinダイオードに順バイアスを印加したときのバンド図が理解できると思います。

fd-nishiさんは誤解されているかもしれませんが、i層は絶縁層ではありませんので、ここが極端に厚くなければ電流は流れます。pn接合にもキャリアのない空乏層が存在しますが、ここを通って電子や正孔が流れるのと同じです。pinダイオードはこの空乏層の幅を意図的に大きくしただけの構造ですので、その特性は本質的にはpn接合と同じです（pinダイオードは接合容量が減るので高周波特性がよくなります）。fd-nishiさんは pin構造の太陽電池のI-V特性をモデル化されているのでしょうか。論文はたくさんありますよ。