ダイオードの直流特性

重点企画
電子回路シミュレーションのためのデバイス・モデリング
ダイオード・モデルの概要
●P-N接合ダイオードのモデル
茂木 順
● ダイオードの逆方向特性
ダイオードのSPICE用デバイス・モデ
ルは，図１に示すように，端子電圧に対
CD
逆方向電圧による降伏は図３に示すよ
CJ
うに，BVとIBVで表しています．
して指数関数的に変化する電流を表す非
線形電流源と，直列に存在する抵抗，端
子間に寄生する非線形静電容量がモデル
化されています．
RS
● ダイオードの動特性
A
C
交流解析やトランジェント解析ではダ
イオードの静電容量が問題です．これは，
1/GMIN
空乏層容量CJとキャリアの蓄積による拡
● ダイオードの直流特性
散容量CDがモデル化されています．
P-Ｎ接合ダイオードの電圧-電流特性
● そのほかのダイオード・モデル
は，図2に示すようにおおよそ指数関数
スイッチング電源や高周波回路で使わ
的ですが，大電流域ではキャリアの高注
れるショットキ・バリア・ダイオードも
入効果による移動度の低下と，半導体バ
デバイス・パラメータのエネルギ・ギャ
ルク抵抗による電流の飽和がみられます．
ップの値を変更することで，モデル化す
これを，モデルでは直列抵抗RSで表して
ることができます．
めのFowler-Nordheimモデルが組み込
まれているシミュレータもあります．
◆引用文献◆
(1)S.M.Sze; Physics of Semiconductor
また，トンネル・ダイオードを表すた
います．
〔図1〕P-N接合ダイオードのモデル
Devices, John Wiley, 1969.
10 8
10
ID =I［
（qVD /nkT ）
−1］＋GMINVD
S exp
6
（b）
拡散電
流領域
10 5
10
4
10
3
｜ID /IS｜
（c）
高注入領域
（f）
接合降状領域
ID=GMINVD−IS
（a）発生・再
結合領域
−BV
kT
−5n q
0
（e）発生・再結合・表面効果に
よる逆方向リーク電流
10 2
10
ID
（d）直列抵抗効果
10 7
VD
−IBV
理想的な順方向特性
理想的な逆方向特性
1
10 0
10 -1
0
5
10
15
20
25
30
ID =−IS［exp｛q（BV＋VD）/kT ｝−1＋qBV /kT ］
q｜VD｜/kT
〔図2〕P-N接合ダイオードの電圧-電流特性(1)
Design Wave Magazine No.4
〔図3〕P-N接合ダイオードの逆方向降伏特性とそのモデル
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