第1章

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第 1 部 ディスクリート・デバイスの基礎
PN 接合がわかれば
定電圧/可変容量/発光ダイオードもわかる！
第１章
ダイオードを理解しよう
初めて本書を読み始める方も「ダイオード」という言葉を聞いたことがあるでしょう．電子回路には
不可欠の部品であり，さまざまなダイオードが使われています．
「ダイオードは，アノードからカソードへは電流が流れますが，その逆には流れにくい…」こんな説
明を読んだこともあるでしょう．図 1 − 1 のような絵を使い，電子が N 型半導体から P 型半導体に向か
って移動するから電流がその逆方向に流れる…といった説明です．でも，ダイオードの中を移動する電
子のようすを見た人はいません．半導体も自然の摂理や物理法則にしたがっているはずです．どうして
一方にしか流れないのでしょうか？
回路の話はさておき，まずは半導体ダイオードのなかで何が起きているかを知ることにしましょう．
シリコン原子とシリコン結晶
■ シリコン原子
半導体材料としてもっとも多く使われているのはシリコン（記号 Si）です．シリコンは原子番号が 14
P型半導体 N型半導体
−e
正孔
A
−e
−e
アノード
電極
−e
K
電子
カソード
電極
−e
−e
−e
−e
＋14e
−e
〈図 1 − 1〉
PN 接合ダイオードの模式的な構造
−e
K殻
−e
−e
（第1軌道）
−e
L殻
（第2軌道）
M殻
（第3軌道）
−e
〈図 1 − 2〉
シリコン原子の電子配置
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第 1 章 ダイオードを理解しよう
の元素で，電子配置を図 1 − 2 に示します．K 殻には 2 個，L 殻には 8 個の電子があり，各軌道を満たし
ています．これらは「内殻価電子」と呼ばれ，安定なイオン芯を構成しています．
M 殻には四つの「外殻価電子」があり，外部に露出しているので，隣接原子と容易に分子軌道を形
成し，半導体の性質に本質的な役割を果たしています．
ある軌道（エネルギ状態）を占めることができる電子の数は，スピンを考慮すると二つになります．一
つの軌道には，スピンが右向きと左向きの電子が 1 個ずつ合計 2 個入ることができるからです．図 1 − 3
（a）に示すように Si 原子が一つの場合，M 殻には四つの電子しかないので，四つの空いた軌道が存在し
ます．したがって，Si 原子というのは非常に不安定な状態といえます．
（b）のようにほかの Si 原子を近づけると，安定しようとして，容易に Si2 という分子
そこで，図 1 − 3
になります．すると M 殻は八つの電子が存在することになり，Si2 分子は安定した状態となります．
■ シリコン結晶
では結晶のように，多くの Si 原子が集まった固体では，どうなるのでしょうか．
固体の場合は，最外郭（M 殻）の電子がそれぞれ影響を与え合うようになります．しかし，「パウリの
排他律」により，電子はある準位しかとれません．かといって原子の世界にもルールがあるので，とん
トランジスタは
お買い得よ
トランジスタ使えば…？
うわ∼，汎用I Cじゃ性能が足りないし，
高性能なI Cは高価だし…
どうしたらイイんだろう…
うわっ！
何だオマエは！
アタシはECB（エクボ）
トランジスタの
妖精よ ！
妖怪？
！
そんなのトランジスタ
外付けすりゃあ
いいじゃん
じゃ ！
トランジスタもFETも
これ読めば？
ダイオードの使い方も
わかるのよ！
え∼
゛
でもトランジスタは
バイアスとか，動作
点とか難しいこと
わからないし…
パウリの排他律：原子内の電子の配置を決めるルールで，一つの軌道にはスピン方向が異なる
電子が 1 個ずつしか，すなわち合計 2 個しか存在することができない．パウリの原理ともいう．
！
うわっ これを？