半導体デバイスの基本構成要素 pn junction diode
Siモノリシック集積回路 モノリシック(monolithic) ＝ 1枚の基板上に作製 MOSFET p型領域 n型領域 ダイオード バイポーラ トランジスタ ダイオード MOSFET
電荷中性条件 均一な半導体中では，正電荷量＝負電荷量 n型 p型 プラスで動けない （ドナー） プラスで動ける （正孔） プラスで動けない （ドナー） マイナスで動ける （伝導電子） プラスで動ける （正孔） マイナスで動けない （アクセプタ） n型 p型
n型半導体（negative type） Si原子は1原子あたり4滴の価電子． ドナー1個あたり1滴ずつ価電子（液体）の量が多い
p型半導体（positive type) アクセプタ原子1個あたり1滴ずつ価電子（液体）の量が少ない．
キャリアの再結合（recombination） 結合からはみ出したものと，結合の抜けた部分が出会うと・・・
粒子の拡散 (diffusion) 粒子が濃度の高い領域から低い領域に向かう流れ． 電荷の符号には関係ない． 異なる粒子が混ざっていても，それぞれ独立．
n型とp型をくっつけると・・ 授業ではアニメで！ 「階段接合」 まず，電子は右へ，正孔は左へ拡散し始める． 伝導電子と正孔が再結合（recombination) し消滅する． そうすると，キャリアの枯渇した空乏層(depletion layer)が形成される． では，この過程がどんどん進み，全領域からキャリアが無くなってしまうのだろうか? 動けない正電荷 ドナーイオン： 動けない負電荷 アクセプタイオン：
熱平衡状態とは 拡散と電界の力が釣り合った状態が熱平衡 (thermal equilibrium)． 拡散により電子を押し出す力 電界により電子を押し戻す力
エネルギーバンド図を使った説明 液面の位置(フェルミ準位：EF)は，n型の方が高い． 電子はp型の方に移動． 拡散現象は，フェルミ準位の差によって説明される． n型 p型 EC EF EV
平衡までの変化 授業ではアニメで！ EC EF n型 p型 EV n側：電子が消滅 → 正電荷残留 → 電位の上昇 → 電子エネルギー減少． 平衡までの変化 授業ではアニメで！ n側：電子が消滅 → 正電荷残留 → 電位の上昇 → 電子エネルギー減少． p側：正孔が消滅 → 負電荷残留 → 電位の下降 → 電子エネルギー増加． EC EF EV ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － n型 p型
熱平衡では液面は水平 qVD n型中の伝導電子にとっては，qVD のエネルギーの壁が！ p型中の正孔にとっても，qVD のエネルギーの壁． EC qVD Ei p型 qfp ECn - EF EF EF -EVp qfn EV