半導体／電子デバイス物理

2－13.

pn接合の書き方

注）下記は理解を助けるため厳密性を欠き多少誇張が入っている。

基本事項

電子を基準に考えるのでマイナスの電圧をかけるとポテンシャルエネルギーは増加する。
バンド図の縦軸はふつう（ポテンシャル）エネルギーをとる。
従ってポテンシャルエネルギーの増大は上に上がることを意味する。
電圧を印加していない状態ではフェルミエネルギーは傾きを持たず平らである。
電子が電位Vにおいてもつポテンシャルエネルギーは1電子ボルト(1eV)である。
従って印加した電圧VはフェルミエネルギーをeV変化させる。
抵抗率の高いところ（空乏層など）に電界が集中する。
言い換えるとポテンシャルの傾きが大きい。

p-n接合

電圧を印加していない状態では接触した二つの物質のフェルミエネルギーは一致する。
接合部付近の電子・正孔は拡散し分布が変化する。
空乏層の生成・拡散電位の発生・バンドの傾き
接合部付近以外は接合前の分布と同じ。
この部分のバンドは傾かない。
電圧を印加するとp型半導体とn型半導体のフェルミエネルギーの差はeVとなる。
電圧を印加すると伝導帯あるいは荷電子帯のエネルギー差は e(V_D-V) となる。
空乏層とそれ以外では抵抗率が異なるために電圧はほとんど空乏層にかかる。

E_C	伝導帯の最低エネルギー	E_V	過電子帯の最大エネルギー
E₀	ドナー準位のエネルギー	E_A	アクセプタ準位のエネルギー	E_F	フェルミ準位のエネルギー
	電子		正孔

電圧を印加したときのバンド図の変化と整流性