エサキダイオード（読み）えさきだいおーど（英語表記）Esaki diode

日本大百科全書(ニッポニカ)

エサキダイオード
えさきだいおーど
Esaki diode

江崎玲於奈(れおな)が1957年（昭和32）に発表したダイオード。負性抵抗（印加電圧の増加によって通過電流が減少する）領域をもち、量子力学的な電子のエネルギー障壁突き抜け現象（トンネル効果）が現れるので、トンネルダイオードともよばれる。不純物濃度の高いpn接合でできたダイオードでは、普通のダイオードで電流の流れない順方向電圧の低い所でもトンネル効果による電流が流れ、それ以上電圧が増すとこの電流は減少する。さらに電圧を増すと、普通のダイオードと同じ拡散電流が流れ、全体としてN字形の電圧電流特性が得られる。電流が極小となる電圧は使われる半導体によって変わり、ゲルマニウムで約0.36ボルト、ヒ化ガリウム（ガリウムヒ素）で約0.6ボルト、シリコン（ケイ素）ではその中間である。

　トンネル現象とは、pn接合内にできる空乏層が薄くなると、高不純物濃度のために生じた強力な内部電界によって、本来ならば流れない空乏層を電流が流れることをいう。量子力学的効果のためきわめて応答速度が速く本質的に低雑音である。このため、直列インダクタンスの小さい容器に封入したエサキダイオードは高周波特性が良好で、マイクロ波増幅、発振素子や超高速スイッチ素子に用いられる。とくに低雑音であることから、マイクロ波増幅装置の初段増幅によく用いられた。しかし、2端子素子のため、入力と出力の分離がむずかしく、自励発振しやすいので、1980年代以降ではヒ化ガリウムを用いた、3端子素子で、入出力の分離が容易な電界効果トランジスタがかわって用いられる。

［右高正俊］

[参照項目] | 江崎玲於奈 | トンネル効果

エサキダイオードの電圧電流特性

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

エサキダイオード
Esaki diode

順方向領域に負性抵抗特性をもつp-n接合型ダイオード。 1957年江崎玲於奈が発明したもので，トンネルダイオードとも呼ばれる。江崎はこの発明で，1973年のノーベル物理学賞を受賞した。不純物濃度の高い半導体でp-n接合をつくると，接合部の空乏層の間隙が狭くなり，逆方向から低い順方向電圧の範囲で，量子力学的効果によるトンネル電流が流れる。順方向電圧がある程度高くなれば，n領域からp領域に流れ込もうとする電子のエネルギーはp領域の禁制帯に入り，トンネル電流は流れなくなる。このようにして，順方向電圧が増加するとかえって電流が減少するという，負性抵抗領域が現れる。さらに順方向電圧を高めると，n領域とp領域の伝導帯のエネルギー準位が等しくなり，通常のダイオードと同様の拡散電流が流れるので，負性抵抗領域は消失する。その負性抵抗領域にエサキダイオードをバイアスしておいて共振回路を接続すると，負性抵抗からエネルギーが供給されて高周波が発振する。この高周波エネルギーは，エサキダイオードの直流バイアスエネルギーから変換されたものである。トンネル効果による負性抵抗は本質的に時間応答が速いので，超高周波の増幅・発振や高速スイッチとして用いられる。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典