フェニックス冗長モジュール232086自動電流等化

ドナー不純物が組み込まれた半導体について、導電性キャリアは主に導電帯中の電子であり、電子型導電性であり、N型半導体と呼ばれる（図3）。アクセプタ不純物を組み込んだ半導体は正孔型導電性であり、P型半導体と呼ばれる。半導体はどの温度でも電子-正孔対を生成することができるので、N型半導体には少量の導電性正孔が存在することができ、P型半導体には少量の導電性電子が存在することができ、これらはすべて少数キャリアと呼ばれる。半導体装置の様々な効果の中で、少数のキャリアはしばしば重要な役割を果たす。

P型半導体とN型半導体が互いに接触している場合、その境界領域をPN接合と呼ぶ。P領域中の自由正孔とN領域中の自由電子は相手領域に拡散し、PN接合の両側に正負電荷の蓄積をもたらし、電気双極子層を形成する（図4）。電極層中の電界方向は拡散の進行をちょうど阻止する。キャリア数密度の不等による拡散作用と電気対層中の電界の作用が平衡に達すると、P領域とN領域の間に一定の電位差が形成され、接触電位差と呼ばれる。P領域中の正孔はN領域に拡散した後にN領域中の電子と複合し、N領域中の電子はP領域に拡散した後にP領域中の正孔と複合するため、これは電気双極層中の自由キャリア数を減少させて高抵抗層を形成するため、電気双極層はバリア層とも呼ばれ、バリア層の抵抗値はPN接合を構成する半導体の元の抵抗値の数十倍乃至数百倍であることが多い。

PN接合は一方向導電性を持ち、半導体整流管はPN接合のこの特性を利用して作られている。PN接合のもう一つの重要な性質は、光を受けると起電力が発生することであり、光起電力効果と呼ばれ、光電池の製造に利用できる。半導体三極管、制御可能なシリコン、PN接合感光体、発光ダイオードなどの半導体装置はすべてPN接合の特性を利用している。

PN接合の一方向導電性

P端子接続電源の正極、N端子接続電源の負極をPN接合正偏と呼ぶ。このときPN接合はスイッチがオンしたように小さな抵抗を示し、オン状態と呼ばれています。

P端子は電源の負極に接続され、N端子は電源の正極をPN接合反バイアスと呼び、このときPN接合はスイッチがオンになるようにオフ状態になっています。接合抵抗が大きく、逆電圧がある程度大きくなると、PN接合が破壊されて破損する。