半導体

半導体とは

電気抵抗を基準にして物質を分類すると以下のようになる。
電気をほどほどに通す固体を半導体という。

分類	特徴	固有抵抗(Ωcm)	例
導体	電気を良く通す	10^-3以上	鉄、銅
半導体	電気をほどほどに通す	10^-3〜10^-9	シリコン、ゲルマニウム
絶縁体	電気をほとんど通さない	10^-9以下	セラミック、大理石

導体や絶縁体にはない、半導体の主な特徴は以下の二つだ。

特徴１	温度が上昇すると抵抗値が低下する
特徴２	不純物を混入することにより抵抗特性を制御しやすい

半導体は共有結合結晶である。
その結合エネルギーは適度に低い。

温度が上昇すると共有結合に参加していた電子が、原子から容易に離脱し自由電子となる。
そして、電子の抜けた穴がホールだ。

さらに温度が上昇すれば、自由電子、ホールともに量が増す。
自由電子やホールはキャリア、つまり電流の担い手である。
キャリアが増えるから抵抗値が下がるのだ。

不純物には二種類ある。
電子を供給するドナーと、ホールを供給する(電子が足りない)アクセプタだ。
ドナーを含む不純物半導体をn型半導体、アクセプタを含むとp型半導体という。
不純物を混入させると、キャリアが増加することになる。

n型半導体とp型半導体が接触している部分をpn接合という。
pn接合部では自由電子がホールと再結合するのでキャリアが存在しない。
このキャリアが存在しない領域を空乏層という。

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2005/06/01