2つの直列接続されたダイオードがBJTとして機能できないのはなぜですか？

質問のもう1つの形式は、2つのダイオードをワイヤ（pn-np）でつなぐとトランジスタと同等になるのでしょうか？

私はそれらが同等ではないことを読みましたが、なぜですか？

多くの人は、この質問に対する答えはBJTトランジスタのベース領域の幅に関係していると考えています-それは間違っています。答えはかなり長くなりました。一番下の行が必要な場合は、「トリッキーな質問」セクションから読むことができます。

私はあなたがこの写真のようなもののためにこの質問をするように導かれたと信じています：

これはBJTの基本を教える標準的な方法ですが、半導体理論に詳しくない人を詳細に混乱させる可能性があります。

許容可能なレベルであなたの質問に答えるために、私はあなたがPNダイオードの動作原理に精通していると仮定する必要があります。このリファレンスには、PN接合の詳細な説明が含まれています。

答えはNPNトランジスタに関するものですが、極性を適切に変更した後のPNPトランジスタにも適用されます。

フォワードアクティブモードの動作中のNPN：

BJTトランジスタの最も「有用な」動作モードは、「フォワードアクティブ」と呼ばれます。

NPNは、次の場合に順方向アクティブモードになります。

• ベース・エミッタ接合が順方向（通常にバイアスされる）$V_{BE}\approx 0.6V$
• ベースコレクタジャンクションは逆バイアス（）$V_{CB}>0$

$I_{E_n}$$I_{B1}=I_{E_p}$$n^{++}$$p$

エミッタに注入されたホールはベース電極から供給されますが（ベース電流）、ベースに注入された電子はエミッタ電極から供給されます（エミッタ電流）。これらの電流の比率がBJTを電流増幅デバイスにしている理由です。ベース端子の電流が小さいと、エミッタ端子の電流が大きくなる可能性があります。従来の電流増幅は、コレクター対ベース電流比として定義されますが、電流増幅を可能にするのは上記の電流間の比です。

$I_C$

エミッタから注入されたこれらすべての電子が、他の影響を受けずに逆バイアスされたベースコレクタジャンクションに拡散できる場合、ベース領域の幅はまったく重要ではありません。ただし、ベースでは組換えが行われています。

$I_{B2}$

上記は、ベース領域を通る拡散中により多くの電子が再結合するほど、トランジスタの電流利得が低くなることを意味します。機能的なトランジスタを提供するために再結合を最小限に抑えるのは製造業者次第です。

組換え率に影響する多くの要因がありますが、最も重要な要因の1つはBaseの幅です。ベースが広くなると、注入された電子がベースを介して拡散するのにかかる時間が長くなり、ホールに出会って再結合する可能性が高くなることは明らかです。メーカーは、非常に短いベースでBJTを作成する傾向があります。

したがって、2つのPNダイオードが連続して単一のNPNとして機能できないのはなぜですか。

上記の説明は、Baseが短くなければならない理由を説明しました。PNダイオード（通常）にはこの短い領域がないため、再結合率は非常に高くなり、電流ゲインはほぼ1になります。これは何を意味するのでしょうか？これは、「エミッタ」端子の電流が「ベース」端子の電流と等しくなり、「コレクタ」の電流がゼロになることを意味します。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

ダイオードは、単一のBJTではなく、スタンドアロンデバイスとして機能しています！

ひっかけ問題：

$p$

「いいえ、BJTのベースは非常に短い」という単純な答えはもはや当てはまらないため、この質問には答えるのがより困難です。

このアプローチでは、2つのダイオードの動作が単一のNPNトランジスタに似たものにならないことがわかります。その理由は、金属と半導体が接触しているダイオードの金属接点では、すべての過剰な電子が接点によって供給される「ホール」と「再結合」するためです。金属にはホールがないため、通常の再結合ではありませんが、微細な区別はそれほど重要ではありません。電子が金属に入ると、トランジスタの機能は実現できません。

上記の点を理解する別の方法は、コレクターベースダイオードが逆バイアスされているが、それでも大電流が流れることを認識することです。この動作モードは、逆バイアス下で無視できる電流を流すスタンドアロンのPNダイオードでは実現できません。この制限の理由は同じです。「BJTのようなダイオード構成」では、順方向バイアスされたダイオードのP側からの過剰な電子が金属ワイヤを介して逆方向バイアスされたダイオードのP側に掃引できません。代わりに、それらは電源にスイープされ、ダイオードの共通端子に電圧バイアスを提供します。

上記の2つの段落について、より厳密な推論を提供するように求められるフォローアップの質問がありました。答えは、金属と半導体のインターフェースに関するもので、こちらで見つけることができます。

上記が意味することは、ベース領域の幅の議論がBJTトランジスタの有効性の議論に関連しており、BJTの代替としての2つの背中合わせのPNダイオードの議論とは完全に無関係であることです。

概要：

トランジスタの機能には半導体のみのベース領域が必要なため、2つの連続したPNダイオードは単一のBJTとして機能できません。このパスに金属が導入されると（2つのバックツーバックダイオードが表す）、BJT機能は使用できなくなります。

いいえ。2つのバックツーバックダイオードはトランジスタではありません。PNPまたはNPNが2つのダイオードではなくトランジスタを挟むようにする特別な特性は、ベース層が非常に薄いことです。半導体物理学の用語では、ベースに2つの別個の空乏領域はありません。2つの接合部の空乏領域はベース内で重なります。これは、トランジスタに特別な特性を持たせるために必要です。

ウィキペディアから

トランジスタは、少数キャリアが通過できる共通領域を共有する2つのダイオード（P-N接合）と考えることができます。PNP BJTは、N型カソード領域を共有する2つのダイオードのように機能し、NPNはP型アノード領域を共有する2つのダイオードのように機能します。2つのダイオードをワイヤで接続してもトランジスタは作成されません。これは、少数キャリアがワイヤを介して1つのP-N接合から他の接合に到達できないためです。

基本的に、半導体は直接接続する必要があります。

真空管の同等の質問について考える価値があるかもしれません。2つのバックツーバックダイオードチューブがトライオードとして機能できないのはなぜですか？答えは、三極管が適切に機能するためには、陰極から放出される電子のほとんどが陽極に到達するためにグリッドのメッシュを通過する必要があるということです。2つのダイオードチューブを接続して、それらの間のリンクをグリッドと呼んだ場合、または三極管のグリッドをグリッドではなく固体の箔の塊にした場合、すべての電子はグリッドまで到達して停止しますそこでは、アノードに到達するために再放出されるのではなく、グリッド電源に排出されます。三極管の正しい動作のためには、電子の運動量がグリッドとアノードの間の単なる電位以上によって駆動され、グリッドを通してそれらを正しく運ぶ機会がなければなりません。

半導体トランジスターでの物理的影響は異なりますが、電流は、そうでなければ真ん中に吸い出されるワイヤをバイパスできる必要があるという基本的な考え方は同じままです。

これは、すでに受け入れられている回答の非常に縮小されたバージョンです。

金属は半導体とは異なる特性を持つため、2つのNを単一のNに統合しません。2つのダイオードは、NPNコンポーネントではないPN-金属-NPコンポーネントになります。（PNPの場合も同様です。）

（トランジスタのベースを薄い金属シートでスライスすると、動作しなくなります。）

BJTは（少数電荷キャリアの）拡散の原理に依存しています。

ベースの厚さが拡散長のオーダーにある場合にのみ機能します。

これは、2つの個別のダイオードを接続しても実現できません。

いいえ、トランジスタを作成するにはエミッタとコレクタの間に薄い層しか必要ありませんが、2つの背中合わせのダイオードを接続すると、電子が浸透しにくい厚い層が提供されます

基本的に、ダイオードの1つは、ベースエミッターまたはコレクターのいずれかの電圧差（すべての構成で0.7）によりシャットダウンします。より近いアプローチは、ツェナーと2つのダイオードですが、トランジスタとしても機能するものとしても機能しません。私は説明するのは恐ろしいですが、答えはダイオードでの電圧降下を排除する方法を理解することで見つけることができます。これは本ではめったに見つかりませんが、非常に重要です。ここで、信号に接続されたダイオードと並列の0.7Vバッテリーを想像してみてください。0から始まり、0で崩壊します（通常の-0.7ではありません）。まあ、それ以上のものがありますが、私はあなたをどこかに向けようとしているだけです。