pn接合の降伏現象は高い逆バイアスをかけると急に電流が流れる現象です．本記事では降伏現象について解説します．
降伏現象
pn接合では基本的に逆バイアスでは電流は流れません．しかし図１のように高い逆バイアスをかけると急に電流が流れるようになります．これを降伏現象 (降伏，逆降伏)と呼びます．
降伏はなだれ降伏とツェナー降伏の二つの原因で発生します．それぞれ説明していきます．
なだれ降伏
なだれ降伏 (アバランシェ降伏)の発生原理について解説していきます．図２のように中性領域か空乏層で発生した少数キャリアが逆バイアスによって加速されます．逆バイアスが高いと加速されたキャリアが高い運動エネルギーを持ち，散乱した際に電子・正孔対が発生することがあり，これを衝突イオン化といいます．これが繰り返し発生し，なだれのようにキャリアがどんどん増えていくことで電流が流れ，これをなだれ降伏といいます．
衝突イオン化係数αは，キャリアが単位長さを進む間に生じる電子・正孔対の平均数を表します．電子と正孔の係数を同じαとみなす単純なモデルでは，空乏層幅Wに対して\(\int_0^W\alpha(x)dx=1\)が降伏条件になります．一般には電子と正孔の係数が異なるため，両方を考慮する必要があります．
ツェナー降伏
ツェナー降伏は，空乏層の強い電界によって，p側の価電子帯からn側の伝導帯へ電子がトンネルする現象です．不純物濃度が高い接合では空乏層が薄く，トンネルが起こりやすくなります．バンドギャップそのものが小さくなるのではなく，電子が通り抜ける障壁の空間的な幅が狭くなります．
ツェナー降伏は，空乏層での最大電界があるしきい値を超えると発生します．
なだれ降伏とツェナー降伏
なだれ降伏とツェナー降伏のどちらが先に発生するかは材料や不純物濃度のよって変わります．不純物濃度が低いとなだれ降伏が起きやすく，不純物濃度が高いとツェナー降伏が起こりやすいです．実際は両方起こってる状態が多いです．また，どちらもバンドギャップが大きいと起こりにくいです．
まとめ
- 降伏現象：高い逆バイアスをかけると急に電流が流れるようになる現象
- なだれ降伏 (アバランシェ降伏)：衝突イオン化が繰り返し発生することで起こる降伏
- ツェナー降伏：トンネル効果が発生して価電子帯の電子が伝導帯に移動することで起こる降伏
- なだれ降伏とツェナー降伏のどちらが先に発生するかは材料や不純物濃度のよって変わる