半導体の原理

関連知識

■半導体の原理
半導体とは、電気を通す導体と電気を通さない絶縁体の中間的な抵抗値を持つ物質のことをいいます。元素単体ではシリコンやゲルマニウムなどがあり、これを真正半導体といい、 シリコンやゲルマニウムにホウ素やリンなどの不純物を入れたものを不純物半導体といいます。

＜真正半導体＞
シリコンやゲルマニウムは価電子(最外殻にある電子)を4つ持っており、それぞれの元素同士が共有結合しております。 この状態は安定していますが、外部から熱や光が与えらえると電子の一部が結合を離れて自由に動ける状態となります。 この電子が移動した跡は正孔といい、そこにまた他の電子が移動してくることで電流が流れます。



＜不純物半導体：n型半導体 , p型半導体＞
価電子を4つ持つシリコンに対して、3つの価電子をもつホウ素(B)等を混ぜると、電子が一つ足りない状態で共有結合する部分があります。 ここが正孔となり、先ほど説明した真正半導体と同じ原理で電流が流れます。電子が足りないということは電荷は相対的にプラスの状態となるので、これをp型(positive)半導体といいます。 なお電子を受け取る元素のことをアクセプタといいます。

対して、5つの価電子をもつリン(P)等を混ぜると、電子が一つ余る状態となります。この電子が自由電子となり電流が流れます。電子が余っているということは電荷は相対的にマイナスの状態となるので、これをn型(negative)半導体といいます。 なお電子を供給する元素のことをドナーといいます。



■半導体の活用例
半導体の活用例に、トランジスタ、ダイオード、太陽光パネル、LEDなどがあります。半導体=トランジスタと思うかもしれませんが、トランジスタは半導体の一部です。

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