質問: ダイオードの拡散電位について ダイオードの電流-電圧特性から測定した拡散電位が720mvでした。 そして、このダイオードに逆方向バイアスしてコンデンサとしての容量-電圧特性で割り出した拡散電位の値が400mvでした。 このダイオードが傾斜形接合をしている...ということまでは分かったのですが...。 この拡散電位の違いは何なのでしょう?測定ミスでしょうか...。 どなたかご存知の方、教えていただけないでしょうか?
回答: 拡散電位 vb は、電流-電圧特性の立上がり電圧にほぼ一致します。この電圧は半導体のバンドギャップエネルギーが大きいほど大きくなります。si では 0.6~0.7v、ge では0.3v程度になります。siダイオードで実験しているのなら、vb = 720mv のほうがもっともらしい値です。容量-電圧特性から求めた vb が間違っている可能性があります。 >このダイオードが傾斜形接合をしている...ということまでは分かった 傾斜接合なら、 1/(容量^3) と バイアス電圧 v の関係は、以下のように、v < 0 の領域で直線になるはずです。 1/(容量^3) \ ↑ \ │ \| |・ | ・ ――――┴――-・―→ v v < 0 0 vd この直線を 0 < v 側に延長して横軸と交わる点の電圧が 拡散電圧 vd になります。実験は v < 0 の領域でされていると思いますが、v が 0v に近い領域では他の要素(拡散容量)の影響が出てくるので、逆バイアスが充分深い領域( v << 0 )で測定したデータを使って vb を求めたほうがいいです。傾斜接合なら、グラフの縦軸は 1/c^2 でなく 1/c^3 ですが、これは間違っていませんね? >電流-電圧特性から測定した拡散電位が720mvでした ダイオードの飽和電流 is [a] と拡散電位 vb [v] の関係は is = s*a*t^2*exp{ -q*vb/( k*t ) } → vb = ( k*t/q )*ln( s*a*t/is ) で表わされます。s は接合の断面積 [m^2]、a はリチャードソン定数 [a/m^2/k^2]、t は接合温度 [k]、q は電子の電荷 [c]、k はボルツマン定数 [j/k] です。リチャードソン定数は半導体中の電子の有効質量に比例するので、有効質量の見積もりが誤っていると計算される vb が違ってきます。