漏電（電子機器）

電子工学において、リークとは、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伝達される現象であり、例えば、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、あるいは「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が挙げられる。

充電されたコンデンサからのエネルギーの徐々の損失は、主にトランジスタやダイオードなど、コンデンサに取り付けられた電子デバイスが原因です。これらのデバイスは、電源がオフの状態でも少量の電流を流します。このオフ電流は、デバイスがオンの状態のときの電流よりも桁違いに小さいですが、それでも電流によってコンデンサは徐々に放電されます。コンデンサからの漏洩のもう1つの原因は、コンデンサに使用される一部の誘電体材料の望ましくない不完全性、つまり誘電体漏洩です。これは、誘電体材料が完全な絶縁体ではなく、ゼロでない導電率を持つため、漏洩電流が流れ、コンデンサが徐々に放電される結果です。^{[ 1 ]}

もう一つのタイプの漏洩は、電流が本来の回路から漏れ出し、別の経路を通って流れる場合に発生します。この種の漏洩は、別の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 ]}この種の漏洩は、回路のある地点での電流の流れが別の地点での電流の流れと一致しないことを観察することによって測定できます。高電圧システムでの漏洩は、人が誤って高電圧送電線を接地した場合のように、漏洩に接触した人間にとって致命的になる可能性があります。^{[ 3 ]}

漏洩とは、ある回路から別の回路への意図しないエネルギーの伝達を意味する場合もあります。たとえば、磁力線は電力変圧器のコア内に完全に閉じ込められるわけではありません。別の回路が変圧器に結合し、電源周波数の漏洩エネルギーを受け取ると、オーディオアプリケーションで可聴ハムノイズが発生します。^{[ 4 ]}

リーク電流とは、理想電流がゼロのときに流れる電流のことです。これは、電子機器がスタンバイ、無効化、または「スリープ」モード（スタンバイ電源）にある場合に該当します。これらのデバイスは、静止状態では1～2マイクロアンペアの電流を消費しますが、フル動作時には数百または数千ミリアンペアの電流を消費します。これらのリーク電流は、消費者のバッテリー駆動時間に悪影響を与えるため、携帯機器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 電力変換器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、活線導体と中性線導体と接地導体の間に接続された「Y」コンデンサを介して漏洩電流が流れます。これらのコンデンサを介して流れる電流は、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 ]}ある程度の漏洩電流は一般的に許容範囲内と考えられていますが、30 mA を超える過剰な漏洩電流は、機器の使用者に危険をもたらす可能性があります。患者に接触する医療機器などの一部の用途では、許容される漏洩電流は 10μA 未満と非常に低い場合があります。

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効果によって通過する量子現象です。絶縁領域の厚さが減少するにつれて、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型半導体の間の半導体接合部でも発生する可能性があります。ゲート絶縁体や接合部を介したトンネル効果以外にも、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。リークの主な発生源はトランジスタ内部ですが、電子は相互接続部間でもリークする可能性があります。リークは消費電力を増加させ、十分に大きい場合は回路全体の故障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性能向上を制限する主要因の一つとなっている。リーク電流を最小限に抑えるための取り組みとしては、歪みシリコン、高誘電率材料、および／または半導体中のドーパント濃度の強化などが挙げられる。ムーアの法則を継続させるには、リーク電流の低減には新たな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となる。

半導体製造における特定の欠陥は、リーク電流の増加として現れる。そのため、リーク電流を測定すること、すなわちIDDQテストは、欠陥のあるチップを迅速かつ安価に発見する方法となる。

リーク電流の増加は、半導体デバイスに致命的ではない過負荷がかかった場合に発生する一般的な故障モードであり、接合部またはゲート酸化膜が致命的な故障を引き起こすほどではないものの、永久的な損傷を受けた場合に発生します。ゲート酸化膜に過負荷がかかると、ストレス誘起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。コレクタ電流は、少数キャリアと多数キャリアの2つの成分から構成されます。少数キャリア電流はリーク電流と呼ばれます。

ヘテロ構造電界効果トランジスタ（HFET）では、ゲートリークは通常、障壁内に存在する高密度のトラップに起因する。GaN HFETのゲートリークは、GaAsなどの他のトランジスタと比較して、これまで高いレベルにとどまっていることが観察されている。^{[ 8 ]}

漏れ電流は一般的にマイクロアンペア単位で測定されます。逆バイアスされたダイオードの場合、漏れ電流は温度に敏感です。広い温度範囲で動作するアプリケーションでは、ダイオードの特性を把握するために、漏れ電流を注意深く調べる必要があります。

• グリッド漏水
• 静止電流
• 電気系統の損失
• 寄生虫による損失
• 漏電遮断器