〔理論009〕半導体の基礎知識

〔理論009〕半導体の基礎知識

(1)半導体とは

半導体とは、「導体」と「絶縁体」との中間の性質をもつ物質のことです。
 代表的なものとして、シリコン(Si)やゲルマニウム(Ge)があり、半導体製品のほとんどはシリコンを原料として作られています。通常「半導体」といった場合は半導体そのものではなく、半導体を用いて作られたダイオードやトランジスタ、またその集積回路であるICなどの製品を指すことが多いです。

(2)真性半導体

 シリコン(Si)やゲルマニウム(Ge)元素など、他の元素を含まない純粋な半導体結晶を真性半導体といいます。これは、最外殻の電子を4個持ち、周りの元素と電子を共有することで8個の電子をもった形で結合しています。この結合は安定であるため、電子の移動がないので電流を流すことはできません。しかし光や熱など、一定以上のエネルギーを与えると、一部の電子が移動できるようになります。

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(3)n形半導体とp形半導体

①n形半導体

Si(シリコン)の結晶に、As(ヒ素)やSb(アンチモン)のような5価の原子価を持った元素を不純物として添加すると、図のように原子が1個余ります。
4価のシリコンより原子価の多い不純物を入れると、電子が過剰になります。
この過剰な電子を自由電子と呼び、このような半導をn形半導体といいます。
 このとき、As(ヒ素)やSb(アンチモン)のような5価の原子価を持った元素を、ドナーといいます。  

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②p形半導体

 Si(シリコン)の結晶に、In(インジウム)B(ホウ素)などのような3価の原子価を持つ不純物を添加すると、図のように周囲のシリコンとの結合に電子が1個不足します。この電子が不足する部分は正の電荷をもつのと同じ性質があるので、これを正孔といいます。
 このとき、In(インジウム)B(ホウ素)などのような3価の原子価を持つ元素をアクセプタといいます。
このようなn形半導体やp形半導体では、伝導率が真性半導体と比べて大きくなります。

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