ダイオード¶
ダイオードは、二つの電極を持つ電子部品です。電流は一方向にしか流れないため、この機能はしばしば「整流」と呼ばれます。 そのため、ダイオードは一種の電子版の逆止弁と考えることができます。
ダイオードの二つの端子は極性があり、正の端子をアノード、負の端子をカソードと呼びます。 カソードは通常、銀製であるか、色の帯があります。 電流の流れる方向を制御するのがダイオードの重要な特性であり、アノードからカソードに向かって電流が流れます。ダイオードの動作は逆止弁の動作に似ています。ダイオードの最も重要な特性の一つは、非線形の電流電圧特性です。アノードに高い電圧がかかると、アノードからカソードに電流が流れ、このプロセスは順方向バイアスと呼ばれます。しかし、カソードに高い電圧がかかると、ダイオードは電気を通さず、このプロセスは逆方向バイアスと呼ばれます。
その一方向の導電性のために、ダイオードは複雑な電子回路にほぼ必ず用いられます。ダイオードは最初に作成された半導体デバイスの一つで、その用途は広範です。
しかし、実際にはダイオードは完璧なオンオフ方向性を持っているわけではなく、むしろ特定のダイオード技術によって決まるより複雑な非線形電子特性を持っています。
ダイオードはp型半導体とn型半導体によって形成されたp-n接合であり、その界面の両側に空間電荷層が形成され、自己生成された電場があります。これは、p-n接合の両側のキャリア濃度の差による拡散電流と、自己生成された電場によるドリフト電流が等しいため、外部電圧がかかっていないときに電気的に平衡状態にある。順方向バイアスが発生すると、外部電場と自己生成された電場との相互抑制により、キャリアの拡散電流が増加し、順方向電流（すなわち、導電性の理由）が発生します。逆方向バイアスが発生すると、外部電場と自己生成された電場がさらに強化され、逆方向バイアス電圧の値に依存しない一定の逆方向飽和電流I0が形成されます（これが非導電性の理由です）。 逆方向バイアス電圧がある程度まで高くなると、p-n接合の空間電荷層内の電場強度が臨界値に達し、キャリアの増倍プロセスが発生し、多数の電子-ホール対が生成され、逆方向のブレークダウン電流が大きくなります。これをダイオードのブレークダウン現象と呼びます。
1. 順方向特性
外部から順方向電圧がかかった場合、順方向特性の初めでは順方向電圧は非常に小さく、p-n接合の電場の遮断効果を克服できません。順方向電流はほぼゼロで、この部分をデッドゾーンと呼びます。 このダイオードが導電しない順方向電圧をデッドバンド電圧と呼びます。順方向電圧がデッドバンド電圧より大きくなると、p-n接合の電場が克服され、ダイオードは順方向に導電します。電流は電圧とともに急増します。 通常の使用電流範囲内で、ダイオードの端子電圧は導通中ほぼ一定であり、この電圧をダイオードの順方向電圧と呼びます。
2. 逆方向特性
逆方向電圧がかかり、一定の範囲を超えない場合、ダイオードを通る電流はわずかなキャリアが漂流運動によって形成される逆方向電流です。 逆方向電流は非常に小さく、ダイオードは遮断状態にあります。この逆方向電流は逆方向飽和電流または漏れ電流とも呼ばれ、温度に大きく影響を受けます。
3. ブレークダウン
逆方向電圧が一定の値を超えると、逆方向電流は急激に増加し、これを電気的ブレークダウンと呼びます。 電気的ブレークダウンを引き起こす臨界電圧を逆方向ブレークダウン電圧と呼びます。電気的ブレークダウンが発生すると、ダイオードは一方向の導電性を失います。 したがって、逆方向電圧が高すぎる場合は、ダイオードの使用を避ける必要があります。
初期のダイオードは「キャットウィスカー」結晶と真空管（「熱電子管」とも呼ばれる）で構成されていました。今日の最も一般的なダイオードは、シリコンやゲルマニウムなどの半導体材料を使用しています。