pn接合

定義

pn接合とは、p型半導体とn型半導体を接合した構造であり、接合部分で電荷の移動によって電位差（内蔵電位）が生じることで、電流の流れ方に方向性が現れるものである。

イメージ

p型半導体には正孔（＋の電荷のように振る舞う粒子）、n型半導体には自由電子（－の電荷）が多く存在する。これらを接合すると、電子と正孔が互いに移動して打ち消し合い、接合部の近くに電荷がほとんどない領域（空乏層）ができる。この部分は電気が流れにくくなり、一定の向きでしか電流が流れにくくなる。

数式

pn接合そのものに単純な基本式は少ないが、電流と電圧の関係は次のように表される。

\[I = I_0 \left( e^{\frac{qV}{kT}} - 1 \right)\]

ここで、\(I\) は電流（A）、\(V\) は電圧（V）、\(q\) は電荷（C）、\(k\) はボルツマン定数、\(T\) は絶対温度（K）、\(I_0\) は逆方向飽和電流である。

ポイント

• 接合部には空乏層ができ、内部に電場が生じる
• 順方向では電流が流れやすく、逆方向では流れにくい（整流作用）
• ダイオードなどの基本素子はpn接合を利用している