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リードダイオード Read diode

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典の解説

リードダイオード
Read diode

マイクロ波を発振させる半導体素子であるインパットダイオードの一種。 1958年に W.リードによって提案された。図 (a) のようにn型半導体,p型半導体,真性半導体 (i) を層状に接合し,n+ (+は不純物濃度が高いことを示す) 側が正,p+ 側が負になるように直流バイアス電圧を加えると,ダイオード内に電界が生じて,正孔は右のほうへ,電子は左のほうへ力を受ける。ダイオードの n+-p 接合面では,電子および正孔が相互拡散し,それによって生じた空間電荷のためさらに高い電界が発生するので,ダイオード全体としての電界分布は図 (b) のようになる。したがって,ダイオードに加えられる電圧がある程度高くなると,その左端で電子なだれが起こり,正孔と電子が多量に発生する。電子は電界の作用によって左へ移動し,電子が多数に存在する n+ 半導体中の多数キャリアの一部となる。一方,正孔は右のほうへ移動し,可動電荷のほとんどないpおよびi領域を走行する。ダイオードの直流バイアス電圧を電子なだれが生じる臨界値に設定しておいてダイオードの両端に共振器を接続した場合,なんらかの原因で共振器に図 (c) に示すような高周波 (マイクロ波) 電圧 v が印加されるとすると,その電圧 v が正の半サイクルのときダイオードの両端の電圧は臨界を越えるのでなだれが生じ,負の半サイクルではなだれが止まる。なだれによって生じた電荷 (正孔) の量 q はなだれの生じている間蓄積されたものの合計であると考えれば,その量 q はなだれが終わるときに最大となる。この電荷は直流バイアス電界から力を受けて右のほうへ移動するため,ダイオードには電流 i が流れる。この電流波形を見ると,高周波電圧 v の波形に比べて位相 (最大値および最小値をとる点) が半サイクルだけずれている (ダイオードの長さを適当に選ぶことによってそのようにできる) 。すなわち,ダイオードに対する高周波電圧の加わる方向と高周波電流の流れる方向が,通常の抵抗の場合と比べて逆になる (負性抵抗) 。以上の理由によってこのダイオードは高周波エネルギーを発生することになるので,マイクロ波の発振器として使用される。実用的にはもう少し簡単な構造のものが,インパットダイオードとして用いられている。

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