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電子工学において、漏れとは、充電されたコンデンサの自然放電、変圧器と他の部品との磁気結合、または「オフ」状態のトランジスタや逆極性ダイオードを流れる電流など、通常は絶縁体とみなされる境界を越えて電気エネルギーが徐々に移動することです。
コンデンサーの場合
充電されたコンデンサから徐々にエネルギーが失われる原因は、主にコンデンサに接続されたトランジスタやダイオードなどの電子デバイスです。これらのデバイスは、電源がオフの場合でも微量の電流を流します。このオフ電流は、デバイスがオンのときに流れる電流よりも桁違いに少ないですが、それでも電流はコンデンサをゆっくりと放電します。コンデンサからの漏れのもう1つの要因は、コンデンサに使用されている一部の誘電体材料の望ましくない欠陥によるもので、誘電体漏れとも呼ばれます。これは、誘電体材料が完全な絶縁体ではなく、導電性がゼロではないために漏れ電流が流れ、コンデンサがゆっくりと放電される結果です。 [1]
別のタイプの漏洩は、意図した回路から電流が漏れ、別の経路を通って流れる場合に発生します。このタイプの漏洩は、代替経路を流れる電流が損傷、火災、RFノイズ、または感電を引き起こす可能性があるため、望ましくありません。[2]このタイプの漏洩は、回路のあるポイントでの電流の流れが別のポイントでの流れと一致しないことを観察することで測定できます。高電圧システムでの漏洩は、人が誤って高電圧電力線を接地した場合のように、漏洩に接触した人にとって致命的となる可能性があります。[3]
電子部品と回路の間
漏れは、ある回路から別の回路へのエネルギーの不要な伝達を意味する場合もあります。たとえば、磁束線は電力トランスのコア内に完全に閉じ込められるわけではなく、別の回路がトランスに結合して、電源周波数で漏れたエネルギーを受け取る可能性があり、オーディオアプリケーションで可聴ハム音が発生します。[4]
リーク電流は、理想的な電流がゼロのときに流れる電流でもあります。電子アセンブリがスタンバイ、無効、または「スリープ」モード（スタンバイ電力）にある場合がこれに該当します。これらのデバイスは、完全に動作しているときに数百または数千ミリアンペアを消費するのに対し、静止状態では1〜2マイクロアンペアしか消費しません。これらのリーク電流は、消費者のバッテリー駆動時間に望ましくない影響を与えるため、ポータブルデバイスメーカーにとって重要な要素になりつつあります。[5]
可変周波数ドライブや AC/DC 電力コンバータなどの電気または電子アセンブリに電力を供給する電源回路で主電源フィルタを使用すると、ライブ導体とニュートラル導体の間からアースまたは接地導体に接続されている「Y」コンデンサに漏れ電流が流れます。これらのコンデンサを流れる電流は、電力線周波数でのコンデンサのインピーダンスによるものです。[6] [7]ある程度の漏れ電流は一般に許容範囲とされていますが、30 mA を超える過度の漏れ電流は、機器のユーザーに危険をもたらす可能性があります。患者と接触する医療機器などの一部のアプリケーションでは、許容される漏れ電流の量は 10 mA 未満と非常に低くなります。
半導体では
半導体デバイスにおけるリークは、移動可能な電荷キャリア (電子または正孔)が絶縁領域をトンネルする量子現象です。絶縁領域の厚さが薄くなると、リークは指数関数的に増加します。トンネル リークは、高濃度にドープされたP 型半導体とN 型半導体間の半導体接合部でも発生する可能性があります。ゲート絶縁体または接合部を介したトンネルの他に、キャリアは金属酸化物半導体 (MOS) トランジスタのソース端子とドレイン端子の間でもリークする可能性があります。これはサブスレッショルド伝導と呼ばれます。リークの主な原因はトランジスタ内で発生しますが、電子は相互接続間でもリークする可能性があります。リークにより消費電力が増加し、リークが十分に大きいと回路全体の障害を引き起こす可能性があります。
リーク電流は現在、コンピュータ プロセッサのパフォーマンス向上を制限する主な要因の 1 つです。リーク電流を最小限に抑える取り組みには、歪んだシリコン、高誘電率誘電体、および/または半導体内のより強力なドーパントレベルの使用が含まれます。ムーアの法則を継続するためにリーク電流を削減するには、新しい材料ソリューションだけでなく、適切なシステム設計も必要になります。
特定の種類の半導体製造欠陥は、リークの増加として現れます。したがって、リークの測定、つまりIddq テストは、欠陥のあるチップを見つけるための迅速かつ安価な方法です。
リーク電流の増加は、半導体デバイスの非壊滅的な過度のストレスによって生じる一般的な故障モードです。このとき、接合部またはゲート酸化物が、壊滅的な故障を引き起こすほどではない永久的な損傷を受けた場合です。ゲート酸化物に過度のストレスがかかると、ストレス誘起のリーク電流が発生する可能性があります。
バイポーラ接合トランジスタでは、エミッタ電流はコレクタ電流とベース電流の合計です。I e = I c + I b。コレクタ電流には、少数キャリアと多数キャリアの 2 つの要素があります。少数電流はリーク電流と呼ばれます[説明が必要]。
ヘテロ構造電界効果トランジスタ（HFET）におけるゲートリークは、通常、障壁内に存在するトラップの高密度に起因します。GaN HFETのゲートリークは、これまでのところ、GaAsなどの他の同等品と比較して高いレベルに留まっていることが観察されています。[8]
リーク電流は、通常、マイクロアンペア単位で測定されます。逆バイアスダイオードの場合、リーク電流は温度に敏感です。ダイオードの特性を知るには、広い温度範囲で動作するアプリケーションの場合、リーク電流を注意深く調べる必要があります。
参照
参考文献
- ^ Associated Research Tech Info 2006-10-16 にWayback Machineでアーカイブ
- ^ 漏洩に関する問題
- ^ 「System Connection の用語集」。2008 年 12 月 1 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年 9 月 9 日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: bot: 元の URL ステータス不明 (リンク) - ^ 電気柵の用語集 Archived 2011-10-08 at the Wayback Machine
- ^ Keysight Technologies アプリケーションノート: DC 入力バッテリーアダプタのテストスループットを数倍に向上
- ^ Schaffner - 電力線フィルタの漏れ電流
- ^ 漏れ電流測定回路
- ^ Rahbardar Mojaver, Hassan; Valizadeh, Pouya (2016 年 4 月). 「AlGaN/GaN HFET の逆ゲート電流: メサ側壁でのリークの証拠」. IEEE Transactions on Electron Devices . 63 (4): 1444–1449. doi :10.1109/TED.2016.2529301. ISSN 0018-9383. S2CID 43162250.