ダイオード
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/09/02 07:49 UTC 版)
| 種類 | 能動素子 |
|---|---|
| ピン配置 | アノードとカソード |
| 電気用図記号 | |
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語源
正方形を形成しているのが半導体の結晶を示す
1919年、イギリスの物理学者ウィリアム・エクルズが、2極真空管のことを指して、ギリシア語のdi（2）と 英語のelectrode（電極）の語尾を合わせて造語した。
歴史
1900年代初頭、熱電子によるダイオード（真空管）と固体によるダイオード（半導体）は、無線受信機の復調用として同時期に個別に開発された。
1950年代は真空管ダイオードがラジオに最も多く使われた。これは初期の点接触半導体ダイオードが信頼性に劣り、また、多くの受信機には増幅用真空管が使われ、この真空管内にダイオード部を混成させることが容易であることと、真空管整流器およびガス入り整流器は高電圧・大電流用途に対し同時期の半導体ダイオード（セレン整流器など）よりも適していたことがあげられる。
真空管ダイオード
1873年、フレドリック・ガスリーが、熱電子によるダイオード作用の基本原理を発見した[1][2]。 ガスリーは、正電荷が帯電した検電器が、接地された高温の金属に非接触の状態で近づけたときに放電することを発見したのである。 また、負電荷が帯電した検電器では現象が起きなかったことから、電流は一方向にしか流れないことを示していた。
1880年2月13日、トーマス・エジソンはこの原理を単独で再発見した。 そのとき、エジソンは彼の作った電球の炭素フィラメントの正極端子側の近くだけがいつも燃え尽きることを調査していた。 彼はガラス管の内側を金属で覆った電球を作成して確認すると、伸ばしたフィラメントから真空部分を介して金属部分へ見えない電流が流れており、それは金属部分に正電極を接続したときだけ起きた。 エジソンは、フィラメントの代わりに直流電圧計を負荷（電気抵抗）にした改造電球で回路を工夫した。またこの発明を1884年に申請した[3]。 このときにはまだ具体的な応用のなかったこの簡素な発明が後の時代にもたらした影響は大きく、のちにエジソン効果と呼ばれることになった。
約20年後、ジョン・アンブローズ・フレミング（マルコーニ研究所の研究顧問・元エジソン会社の従業員）は、エジソン効果を使ってより精度の高い無線検波器を実現した。
フレミングは最初の熱電子を用いたダイオード（フレミングバルブ）の発明者となり、イギリスにおいて1904年11月16日に特許となった[4]。（U.S.Patent 803684 1905年11月 も参照のこと）
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図2:真空管ダイオードの、電気用図記号。上から順にアノード、カソード、ヒーターフィラメント
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真空管ダイオードの構造
半導体ダイオード
左:ブリッジダイオード
1874年、ドイツの科学者カール・フェルディナンド・ブラウンは「単方向導電性」を有する鉱石を発見し[5][6]、1899年に鉱石整流器の特許を取った[7]。 1930年代になって、酸化銅とセレニウムによる整流器が電力用途用として開発された。
1894年、インドの科学者ジャガディッシュ・チャンドラ・ボースは初めて鉱石をラジオの検波器として用いた[8]（鉱石検波器・鉱石ラジオ）。
この鉱石検波器は、のちにシリコン結晶を用いた検波器を開発したグリーンリーフ・ホイッティア・ピカードによって無線電信に実用化された。（シリコン検波器は1903年に開発され、1906年11月20日に特許化された）
他にも様々な材料が試され、最も広く使われたものは方鉛鉱（硫化鉛）であった。
それ以外の材料でも良い特性が得られたが、方鉛鉱は安価で入手性が良いことから最も用いられた。鉱石検波器には機械的に固定されたものもあったが、もっぱら探り針により具合の良い場所を毎度捜して使う[注釈 1]など面倒が多いという欠点により1920年代には真空管（熱電子管）に一般的には取って替わられた。
のちに、1940年代後半の点接触型トランジスタの発見以降に進歩した半導体理論・技術・工学により安定したPN接合による半導体ダイオードが作られるようになると、また半導体に主役が戻ったが、鉱石検波器の原理であるショットキー接合の活用は研究中であり、2015年現在もラジオの検波用には点接触のいわゆるゲルマニウムダイオードが使われている。 ベル研究所もゲルマニウムダイオードをマイクロ波受信用として開発しており、1940年代後期にはAT&Tがそれを用いて国家間のマイクロ波通信を開始し、移動体電話やテレビネットワークの信号受信に用いた。これは周波数特性の点で当時の真空管よりも鉱石のほうが優れていたためである。
ダイオードの整流作用
ダイオードは、アノード（陽極）およびカソード（陰極）の二つの端子を持ち（この用語は真空管から来ている）、電流を一方向にしか流さない。すなわち、アノードからカソードへは電流を流すが、カソードからアノードへはほとんど流さない。このような作用を整流作用という。真空管では、電極間に印加する電圧によって、カソードからの熱電子がアノードに到達するかが分かれることで整流作用が生じる。半導体ダイオードでは、p型とn型の半導体が接合されたpn接合や、半導体と金属が接合されたショットキー接合などが示す整流作用が用いられる。pn接合型ダイオードにおいては、p型側がアノード、n型側がカソードとなる。
注釈
- ^ 現代の半導体工学からの視点では、探る過程で表面が荒らされること自体に意味がある。
出典
- ^ Frederick Guthrie (October 1873) "On a relation between heat and static electricity," The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 4th series, 46 : 257-266.
- ^ 1928 Nobel Lecture: Owen W. Richardson, "Thermionic phenomena and the laws which govern them", December 12, 1929
- ^ Thomas A. Edison "Electrical Meter" アメリカ合衆国特許第 307,030号 Issue date: Oct 21, 1884
- ^ “Road to the Transistor”. Jmargolin.com. 2008年9月22日閲覧。
- ^ Ferdinand Braun (1874) "Ueber die Stromleitung durch Schwefelmetalle" (On current conduction in metal sulphides), Annalen der Physik und Chemie, 153 : 556-563.
- ^ Karl Ferdinand Braun. chem.ch.huji.ac.il
- ^ “Diode”. Encyclobeamia.solarbotics.net. 2006年4月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年1月2日閲覧。
- ^ Sarkar, Tapan K. (2006). History of wireless. USA: John Wiley and Sons. pp. 94, 291–308. ISBN 0-471-71814-9
- ^ 五十嵐 征輝 (2011). パワー・デバイスIGBT活用の基礎と実際 MOSFETとトランジスタの特徴を活かしたスイッチング素子. Tōkyō: CQ出版. ISBN 9784789836098. OCLC 752002563
- ^ 液晶を使って光ダイオードを作製 東京工業大学
- ^ サーモエレクトロニクスを指向した基礎材料の開発 科学技術振興機構
- ^ データダイオード Waterfall片方向セキュリティゲートウェイ 東芝（インダストリアルICTソリューション社）
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