pn接合はp型半導体とn型半導体が接触している部分です．本記事ではpn接合の電流-電圧特性を解説します．
pn接合の電流-電圧特性
pn接合の電流-電圧特性は図１のようになります．
pn接合は，順方向には電流を流しやすく，逆方向には流しにくい整流作用を持ちます．逆方向にも小さな電流が流れ，逆電圧が降伏電圧に達すると急増します．順方向の大電流域では直列抵抗による電圧降下が無視できなくなり，電流の増え方が理想的な指数関数から外れます．
以下でそれぞれ説明します．
pn接合の理想の電流-電圧特性
図２に理想のpn接合の電流-電圧特性 (降伏と抵抗性領域を無視)について示します．
「pn接合とは」で扱った順方向の低電圧域では，空乏層での再結合による電流が支配的になることがあります．電圧を上げると再結合電流も増えますが，通常は拡散電流の方が急速に増えるため，その割合が大きくなります．以下では，空乏層での再結合・生成電流を無視し，低注入条件での理想的な拡散電流を扱います．
電流密度\(J\)は流れる電子の電流密度\(J_n\)と正孔の電流密度\(J_p\)から以下のようになります．
$$J=J_n+J_p$$
計算は省きますが，キャリア密度や連続の式などから電流密度は以下のようになります．また以下の理想の電流-電圧特性をグラフにしたものが図２です．
$$J=J_0\left\{\exp(\frac{qV}{kT})-1\right\}$$
\(J_0\)：逆方向飽和電流密度
\(q\)：電気素量
\(V\)：電圧
\(k\)：ボルツマン定数
\(T\)：温度
降伏現象
逆方向バイアスでは小さな電流が流れますが，逆電圧が降伏電圧に達すると図3のように電流が急増します．
これを降伏をいい，降伏はなだれ降伏とツェナー降伏の二つがあります．詳しくは別の記事で解説します．
抵抗性領域
順方向の大電流域では，半導体内部や電極などの直列抵抗による電圧降下が大きくなります．そのため，電流は電圧に対して指数関数的に増える状態から，おおむね抵抗で決まる増え方へ移ります．これを抵抗性領域と呼び，電流が一定値に飽和するという意味ではありません．
まとめ
- pn接合の電流-電圧特性：順方向に流れやすく逆方向には流れにくい整流作用を持つ
- 降伏：高い逆バイアスにより電流が流れるようになる
- 抵抗性領域：順方向の大電流域で直列抵抗による電圧降下が支配的になる領域
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