Semicon 004 of Kairoya

PN接合

P型半導体とN型半導体を接触させると（この場合は、原子レベルで電子が行き交うことが出来るような接触で接合と言います。）、バンド図はフェルミ準位がまっすぐになるように接合部分で曲がります。この理由は接合部分では、P型半導体からホールが、N型半導体から電子が供給されます。P型半導体でこの部分を見ると、ホールがN型に移動することで、この近くはマイナスの電荷を持ちます。このため、N型半導体からの電子が流れ込んでこなくなります。また、N型半導体では、電子がP型に移動することで＋になりホールの移動が止まります。この過程が済むとバンド図は図のように接合部分でフェルミ準位は同一となり、ある電位差が生じた状態になります。

P型の伝導体中の電子がN型半導体の伝導体へたどり着くには、この障壁を越えなければなりません。また、N型半導体の充満帯中のホールがP型半導体の充満帯へたどり着くには、同様にこのエネルギー障壁を超える必要があります。

この過程は、フェルミ準位は、電子とホールの存在する確率なので、それが連続と成るように電子とホールが移動をしたとも見えます。
このようなバンド図になったときに、接合部分の近くで対消滅の結果、電子もホールもないような領域ができます。この領域を空乏層と言います。

電流

PN接合に電圧をかけてみます。そのときの電圧、電流の特性は図のようになります。
グラフはP型半導体に＋、N型半導体に−をかけた状態の時をグラフの＋にしています。
−側はある電圧まで、少ない一定の電流が流れて、有る電圧になったところで急に電流が増えます。この電圧をブレークダウン電圧と言います。では、＋側は、一見するとー側と同じ様に見えますが、流れ出す電圧が低いのです。その後は急に電流が大きくなっているように見えます。つぎにこれらの現象を説明します。