切断されたダイオードに電位差がないのはなぜですか？

この質問は馬鹿げているように聞こえます。端子に接続すると電位差が生じると電流が発生し、エネルギーがどこかから来たということです。

私がこれを尋ねる理由は、ダイオードの空乏領域とビルトイン電位の理解から、ダイオード全体に電圧計を接続するとビルトイン電位の値が表示されるように見えるためです。

これについては、下の画像で説明しています。

最初、電子はn型からp型に流れます。これは、n型の濃度が高いためであり、正孔も逆です。これは拡散電流と呼ばれます。pn境界を横切る最初の電子と正孔は、それに最も近いものです。これらのキャリアは、出会ったときに再結合し、キャリアではなくなります。これは、pn境界付近にキャリアのない空乏領域があることを意味します。電子がn型材料を離れ、正孔がp型材料を離れているため、pn境界のn側とp側にそれぞれプラスとマイナスの電荷が過剰に存在します。これにより、拡散電流に対抗する電界が発生し、電子や正孔が境界を越えて結合しなくなります。つまり、境界付近の電子と正孔のみが結合し、彼らがそれをした後、それ以上のキャリアが交差することを防ぐ電界が形成されるからです。この電界による電流はドリフト電流と呼ばれ、平衡状態にあるときは拡散電流に等しくなります。境界に電界があるため（正電荷から負電荷を指す）、関連する電圧があります。これはビルトインポテンシャルと呼ばれます。

ダイオードに沿った各点で左から右に電界をサンプリングすると、プロトンと電子の数が等しいため、p領域で0から始めます。空乏領域に近づくと、（再結合により）余分な電子を持ち、正味の負電荷を持つアクセプター不純物が原因で、p領域に戻る小さな電界が表示されます。この電界は、境界に近づくにつれて強度が増し、遠くに行くにつれて消滅します。

この電界は、グラフ（d）に示すように、電圧があることを意味します。p側は任意の電位にあり、n側はそれらの間に電界があるため、これよりも高い電位にあります。これは、空乏領域全体に潜在的な違いがあることを意味します。これはビルトインポテンシャルとして知られています。

しかし、ダイオード全体に電圧計を接続したときに、この組み込みの電位が表示されないのはなぜですか？

答えは比較的簡単だと思います。半導体-金属接合に基づく「ショットキーダイオード」の動作原理を知っていますか？さて、ダイオードに電圧計（またはその他の負荷）を接続するとどうなりますか？pnダイオード内の拡散電圧を正確に補償する2つのショットキー接合を作成します。したがって、電圧は測定できません。つまり、拡散電圧を使用して、外部負荷に電流を流すことはできません。

エラー、残りの答えは少し危険であるように見え、私はこの質問につまずいたので、私はそれを試します。

バイアスの下でフェルミ準位が不連続になるという事実のためだと思います。電圧計が実際に測定しているのは、電子と正孔が接合部をどれほどひどく通過したいかを視覚化できると確信しています。熱平衡状態では、電子と正孔は接合部を移動する意図がないため、電圧は0Vです。言い換えれば、電圧計は実際には2つの側面間のフェルミレベルの差のみを測定します。

なぜこれを行うのかを理解するには、電圧計がどのように機能するかを知る必要があります。ダイオードの両端で電子のエネルギーレベルの違いを文字通り測定するのではなく（これは素晴らしいことです）、単に高抵抗を流れる電流を測定します。熱平衡状態のダイオードでは、電荷キャリアの正味の動きがないため、電流は流れません。電流がないということは、電圧計の測定値がないことを意味します。

DUTシリーズの抵抗よりもはるかに高い抵抗を持つ静電電圧計を使用した場合、これは可能ですが、静電気の放電を防ぐためにダイオードの漏れも同様に高くする必要があります。

とても好奇心が強い質問です！私が2年生のときに同じ質問が出てきました。しかし、トランジスタのしきい値電圧に出くわし、PN接合電圧が低下するまで、状況はほとんどわかりませんでした。

あなたは絶対に正しいです（最後の段落）、空乏領域の電界による電位の変化があるため、n型側からのより高い電位とp型側からの負の電位があり、本質的な電位差が蓄積されます。そのため、ダイオード（PN接合）に電流を流すには、P型とn型の高い電位が必要であり、その差は、ダイオードにかかる印加電圧と反対方向の固有の電位差よりも大きくなる必要があります。 。これは、順バイアスダイオードと呼ばれるものです！この基本を知っていると思います。では、本当の質問に行きましょう->

仮想デジタル電圧計を2つの空乏境界で正確にプローブした場合、そこに電圧差が表示されるはずですが、通常のマルチメーターではこれを行うことはできません。半導体企業がこれらの電圧差を検知するための特別なプローブを持っている方法があると確信しています。しかし、通常のマルチメーターから切断されたダイオードを測定する場合（LTSPICEでシミュレートするときに考慮されますが、プローブは内部ではなくダイオードの端で行われます）。基本的に、グラフ（D）にはこの答えがあります。グラフは、ダイオードの両端に電界がないことを示しています。電界は保守的であり、2つのダイオードの端部（PおよびNタイプの材料の端部）には電荷がなく、端部の電界は拡散により相殺されるため、結果として、拡散領域が終了した後に電界が存在しないため、それらの差も0であり、測定された電圧差も0 Vになります。お役に立てれば！

この質問を試してみてください。PNジャンクションには2種類の電流があります。拡散電流は、キャリア密度勾配を下るキャリアによって引き起こされます。ドリフト電流は、キャリアが電界を下って移動することにより発生します。絶縁されたpn接合にバイアスが印加されない場合、拡散電流はキャリアを空乏領域に移動させ、空乏領域の両側に電荷を蓄積します。蓄積された電荷は空乏領域全体に電界を生成し、この電界は反対方向に電流を誘導します。このプロセスは当然、拡散電流がドリフト電流によって正確に相殺される平衡に向かう傾向があります。これは、逆並列に接続された2つの等しい値の電流源としてモデル化できます。

答えは非常に簡単です。障壁電位は、ダイオードではなく空乏領域に存在するため、電界線の存在領域は空乏領域のみに制限されます。

使用されるマルチメーターは、ダイオードの端子間に接続されます。また、マルチメータープローブと空乏領域の間にnおよびp領域が存在します。バイアスのないnおよびp領域は絶縁体として機能するため、プローブで磁力線が受信されないため、マルチメーターでは電圧が表示されません。

答えは静かでシンプルです。あなたは静電ポテンシャルと電位を混同します。電圧計で測定するのは、電位差です。

ただし、電位には電荷キャリアの化学ポテンシャルが含まれます。注：化学ポテンシャルµ、またはより正確には化学ポテンシャルの勾配-grad（µ）は、拡散の背後にある「駆動力」です。

PN接合の場合、2つの導体間の静電ポテンシャルの差が2つの導体間の化学ポテンシャルの差に等しくなるまで、キャリアの正味の拡散が発生します。両方の電位差には反対の符号があるため、それらの合計はゼロです->静電電位の消失しない差にもかかわらず、測定する電位差はありません！

pn接合点には電位障壁がありますが、出力回路に電流を送ることはできません。他のソースが存在しないため、ワイヤを加熱する必要があります。実験は、それが決して起こらないことを示します。外部ソースがないため冷たくなります。したがって、熱不安定性が発生します。そのため、電流はゼロでなければなりません。金属と半導体の接触電位が電位障壁を中和します。