ダイオードとは

• pn接合ダイオード
  pn接合ダイオードは最も一般的なダイオードで、汎用タイプのものから高電圧タイプ、高周波タイプなど広範囲な製品を持っています。少し変わり種では、逆回復時間を改善したファーストリカバリーダイオード (FRD) などもここに分類されます。
  ダイオードは、前述のとおり電流を一方向（順方向）にのみ流しますが、逆方向に電圧を大きくしながら印加していくと、ある電圧で急激に連流が流れます。この現象をツェナー降伏、またはアバランシェ降伏と呼びます。一般的なダイオードではこの動作を行うと劣化や破壊を招きますが、この現象を積極的に利用するために作られたダイオードがツェナーダイオードです。
  ツェナーダイオードは定電圧ダイオードとして知られるダイオードですが、近年では静電気放電 (ESD) 対策に用いられることが多くなっています。特に、ESDに対する保護性能に特化したツェナーダイオードをESD保護ダイオードと呼んでいます。高周波や電源などいろいろな局面に適合した製品を展開しています。
  以下のFAQ・e-learningも参考にしてください
  • FAQ: ダイオードの逆回復時間 (trr) とは何ですか？
  • FAQ: ファストリカバリーダイオード (FRD) とは何ですか？
  • FAQ: ツェナーダイオード (定電圧ダイオード) とは何ですか？
  • FAQ: TVSダイオード (ESD保護ダイオード) とは何ですか？
  • e-learning: TVSダイオード (ESD保護用ダイオード) の基礎
    
    
• 金属・半導体接合ダイオード
  ショットキーバリアダイオード (SBD) は順方向電圧が低いことと、逆方向回復時間が無いことが特徴です。ただし、金属と半導体 (Siなど) という異物質の接合を行うためリークはpn接合ダイオードと比べると少し大きくなります。
  以下のFAQ・e-learningも参考にしてください
  • FAQ: ショットキーバリアダイオード (SBD) とは何ですか？
  • e-learning: ショットキーバリアダイオードの基礎

pn接合ダイオードとショットキーバリアダイオードの簡易構造図と記号を図-2に示します。
図-2では、両ダイオードについて、内部構造の基本的な考え方と回路図上で用いられる記号を示しています。
pn接合ダイオードではp層とn層の境界が、ショットキーバリアダイオードではn型半導体と金属の境界が、それぞれ接合面となります。あわせて、2ピン面実装タイプを例とした外形イメージも示しており、アノード側とカソード側の対応関係が分かるように表現しています。
記号に関しては、ショットキーバリアダイオードを特別な記号で表示することもありましたが、現在は図に示す記号で統一されています。

pn接合ダイオードの構造は図-2 a)に示すようにp層とn層の接合で構成されますが、実際にはn型とp型を張り合わせたように作るわけではなく、n型の基板にｐ型にする不純物 (ホウ素 Bなど) をイオン注入や熱拡散することでp型の層を形成します。 (p型を基盤として不純物としてリン P などを用いてn型を形成する場合もあります。)
ショットキーバリアダイオードは一般的にn型に金属粒子を蒸着させることで構成されます。p型でもSBDを構成することは可能ですがリーク電流が大きく、一般的な利用は難しいため、n型が使用されることがほとんどです。

冒頭でダイオードは一方向にのみに電流を流すと書きました。この電流の流れる方向を順方向、電流の流れない方向を逆方向と呼びます。これに従って、図に示すように電圧は順バイアス方向と逆バイアス方向と定義されます。

図-3は、ダイオードの電流-電圧特性（I_F-V_F特性）の代表例と、測定時の簡単な回路構成を示したものです。
逆バイアス方向ではブレークダウン電圧（V_R）付近まで、順バイアス方向では立ち上がり付近を含む低電流領域を対象としています。

ダイオードは最も単純な半導体素子で、過去いろいろな回路を構成し幅広い用途に使用されてきました。多くの用途はICなどに置き換えられていますが、以下は現在でも良く使用されている用途例です。

• 整流:
  図-4は、ダイオードと抵抗からなる基本的な整流回路と、交流入力に対する入出力波形の例を示しています。交流信号を入力すると、出力には一方向成分のみを持つ波形が得られます。これを整流と呼びます。この回路は、ダイオードの一方向導通特性を利用した最も基本的な回路です。GNDを中心とした交流信号を入力すると、GNDより順電圧（V_F）高い電圧レベルではダイオードがオンします。
  現在でも、これを応用した全波整流回路（ダイオードブリッジ）は多くの電子機器に使用されています。

クリッパー回路、リミッター回路:
図-5は、順方向クリッパー回路、逆方向クリッパー回路、それらを組み合わせたリミッター回路の例と、ICなどで用いられる入力保護回路の構成例を示しています。
ダイオードを用いて信号電圧の振幅を制限する基本的な考え方を、入出力波形とともに示しています。
クリッパー回路には順方向クリッパーと逆方向クリッパーがあります。この応用としてリミッター回路があります。この回路は現在でもICの入力保護 (過電圧保護) に使用されています。

• 逆接続保護:
  図-6は、バッテリーの逆接続から回路を保護するための代表的な回路構成例を示しています。
  電源ラインにダイオードを直列に挿入することで、誤って極性を反対に接続した場合でも、本体側に逆電圧が印加されないようにする基本的な考え方を示しています。
  電池など、極性を誤って接続する可能性がある場合には、電源ラインに直列にダイオードを接続します。通常のpn接合ダイオードはロス（挿入損失）が大きくなるため、V_Fの小さいショットキーバリアダイオードが用いられます。ただし、逆バイアス時のリークに注意が必要です。

• ESD保護:
  図-7は、外部から侵入する静電気放電（ESD）から回路を保護するための代表的な回路構成例を示しています。外部インターフェースを介して侵入するESDに対し、保護素子を用いて回路を保護する基本的な考え方を示しています。
  ESD保護ダイオードはESDが侵入する可能性のある外部に露出している端子（USB端子など）の信号ラインとGND間に接続して使用します。用途に応じてESD保護ダイオードやツェナーダイオードが用いられます。