概要
陰極より陽極に加わる電圧が高いとき(順方向)に電流を流し、逆に陽極より陰極に加わる電圧が高い(逆方向)と電流の流れを妨げる半導体素子。目的に応じてさまざまな種類や工夫を施したダイオードがあるが、すべてを列挙すると長くなるため大まかな説明にとどめる。
pixiv内では、発光ダイオードの部分一致か擬人化イラストが大半を占めている。
原理
P型半導体とN型半導体を接合した構造となっており、順方向に電圧を印加するとP型半導体に存在する正孔(結合中の電子が足りない部分で正の電荷と同等。ホールともいう)が陰極方向に流れ、N型半導体に存在する自由電子は陽極方向に流れていく。接合部では正孔と自由電子が結合し消滅しそれぞれの極からはどんどんと正孔と自由電子が供給されるため電流が流れる。
逆方向では正孔、自由電子ともにそれぞれの極にひきつけられてしまい、ほとんど電流は流れなくなる。
現実
順方向
接合部付近に禁制帯とよばれる電荷の存在できない領域があり、そこを飛び越えるためにエネルギーが必要となる。そのため、ある電圧以下では電流が流れず、またその電圧を超えてもその電圧分下がってしまう。これを順方向降下電圧といい、シリコンダイオードでは0.6V前後、ゲルマニウムダイオードでは0.2V前後、発光ダイオードでは発光する光の波長により1～5V前後となり、波長が短いほど順方向降下電圧も高くなる。このときに下がった電圧の分のエネルギーは熱や光として放出される。発光ダイオードの順方向降下電圧が高いのはそのため。また、高耐圧品やLEDモジュールではダイオードを直列接続した構造となっているため順方向降下電圧も自ずから高くなる。
逆方向
ある電圧までは漏れ電流と呼ばれるわずかな電流が流れ、またある電圧を超えると漏れ電流を担っている電子のエネルギーが大きくなり、結合している原子まで帯電させてしまい突如電流が流れるようになってしまう現象(電子なだれ降伏。電圧が高い状況ではこの現象が支配的といわれている)や、荷電子帯がどんどん競りあがってきて、禁制帯を乗り越えてしまう(ツェナー降伏。電子なだれ降伏より低い電圧ではこれが支配的)ことにより電流が一気に流れるようになってしまう。これらの電圧を降伏電圧といい、一般には使用時にこの電圧以下になるように設計・製造する必要がある。ちなみに、この現象をわざと利用して一定の電圧を得るツェナーダイオードというものもあり、基準電圧源として用いられている。
