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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。電流は一方向にのみ流れ、これを「整流」機能 とも呼びます。したがって、ダイオードはチェックバルブの電子版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、正端子はアノード、負端子はカソードと呼ばれます。 カソードは通常、銀製または色帯が付けられています。電流の流れる方向を制御することがダ イオードの主な特徴の一つです。ダイオードの電流はアノードからカソードに流れます。 ダイオードの動作は、チェックバルブ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接続されると、電流はアノードから カソードに流れ、この過程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接 続されると、ダイオードは電流を流さず、この過程は逆方向バイアスと呼ばれます。
ダイオードは一方向の導電性を持つため、ほぼすべての電子回路に使用されます。ダイオードは 最初に作られた半導体素子の一つであり、その用途は広範囲にわたります。
しかし、実際にはダイオードは完璧なオン・オフの方向性を示すわけではなく、むしろ特定のダイ オード技術によって決定される複雑な非線形の電子的特性を示します。
ダイオードは、p型半導体とn型半導体からなるp-n接合で、インターフェースに空間電荷層が形成 され、自己構築された電場が生じます。この状態では、外部電圧が加わらない場合、p-n接合の両側 のキャリア濃度差による拡散電流と自己構築された電場によるドリフト電流が等しくなり、電気的 平衡が保たれます。順方向電圧バイアスが生成されると、外部電場と自己構築された電場が相互に 抑制され、キャリアの拡散電流が増加し、順方向電流が流れることになります（これが導電性の 原因です）。逆方向電圧バイアスが生成されると、外部電場と自己構築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関係なく一定の逆飽和電流I0が形成されます（これが非導電性の原因です）。 逆方向電圧がある程度高くなると、p-n接合空間電荷層内の電場強度が臨界値に達し、キャリアの乗 算過程が生じ、大量の電子-正孔対が生成され、逆破壊電流が大きくなり、これをダイオードの破壊現象と呼びます。
1. 順方向特性
外部順方向電圧が加えられると、順方向特性の初めでは順方向電圧が非常に小さく、p-n接合の電場のブロッキング効果を克服するには不十分で、順方向電流はほぼゼロとなります。この区間はデッドゾーンと呼ばれます。この順方向電圧がダイオードを導通させない電圧はデッドバンド電圧と呼ばれます。順方向電圧がデッドバンド電圧を超えると、p-n接合の電場が克服され、ダイオードが順方向に導通し、電流は電圧とともに増加し急激に上昇します。 通常の使用範囲内では、ダイオードが導通している間の端子電圧はほぼ一定であり、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
逆方向電圧が加えられ、一定の範囲を超えない場合、ダイオードを通過する電流は少数キャリアのドリフト運動によって形成された逆方向電流となります。逆方向電流は非常に小さいため、ダイオードはカットオフ状態にあります。この逆方向電流は逆飽和電流またはリーク電流とも呼ばれ、温度に大きく影響されます。
3. 破壊
逆方向電圧が一定の値を超えると、逆方向電流が突然増加し、これを電気的破壊現象と呼びます。電気的破壊を引き起こす臨界電圧は逆方向破壊電圧と呼ばれ、ダイオードは電気的破壊時にその一方向性導電性を失います。 したがって、逆方向電圧が過度に高い場合は、ダイオードの使用を避けるべきです。
初期のダイオードは、「キャットウィスカー」結晶や真空管（「熱電子バルブ」）から構成されていました。現在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。