半導体の歴史的経緯 １８３３年 ファラデー AgSの負の抵抗温度係数の発見

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1 半導体の歴史的経緯 １８３３年 ファラデー AgSの負の抵抗温度係数の発見
１８７４年　ブラウン　　　　　　　　　　　　　　　　　　PbSと金属との点接触でV-I特性の非直線性を発見 １８７４年　シュスタ　　　　　　　　　　　　　　　　　CuOとCuの接触で非オーミック性を発見 １９２０年　グロンダール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　亜酸化銅整流器を試作

2 半導体の歴史的経緯 １９２６年 プレッサ Se整流器を発表 １９２６年 シュレディンガー 波動方程式の確立
１９２６年　シュレディンガー　　　　　　　　　　　　　　　　　　波動方程式の確立 １９２８年　ブロッホ　　　　　　　　　　　　　　　　　固体のバンド理論 １９３２年　ウィルソン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　金属ー半導体接触整流理論

3 半導体の歴史的経緯 １９３９年～１９４２年 モットー、ショットキー、ベーテ 理論解析 １９４７年 バーディン 表面準位の導入
１９３９年～１９４２年　　　　　　　　　　　　　　　モットー、ショットキー、ベーテ　理論解析 １９４７年　バーディン　　　　　　　　　　　　　　　　　　表面準位の導入 １９４８年　バーディン、ブラッティン　　　　　　　　　　　　　　　　　点接触トランジスタの発見 １９４９年　ショックレー　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｐーｎ接合理論発表

4 半導体の歴史的経緯 １９５０年 ショックレー 接合形トランジスタの試作 １９５７年 江崎 トンネルダイオードを発表
１９５０年　　ショックレー　　　　　　　　　　　　接合形トランジスタの試作 １９５７年　江崎　　　　　　　　　　　　　　　　　　トンネルダイオードを発表 １９６２年　レディカ　　　　　　　　　　　　　　　　　GaAsレーザダイオードの試作 １９７０年　ＢＴＬ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＣＣＤの試作

5 第一章半導体とその種類 １．１導体・半導体および絶縁体
抵抗率　 ρ（Ω・ｍ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｒ＝ ρ・Ｌ／Ｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　 抵抗率の温度依存性　　　　　　　　　　　　　　　　　　導体　正の温度係数　　　　　　　　　　　　　半導体　負の温度係数　　 エネルギーバンド構造　　　　　　　　　　　　　　　　　導体～伝導帯に電子あり　　　　　　　　　　　絶縁体～伝導帯に電子なし　　　　　　　　　半導体～伝導帯に電子なし（低温）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

6 １．2半導体材料 元素半導体 Ge, Si のようにⅣ族の単一元素からなる半導体 物理的な性質は定められている。
化合物半導体　　　　　　　　　　　　　　　　　GaAs, InPのようにⅢ－Ⅴ族、Ⅱ－Ⅵ族の化合物からなる半導体　　　　　　　　　　　物理的な性質は組み合わせによって異なる。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

7 １．３半導体結晶 原子構造 ラザフォードの原子モデル 原子 原子核（陽子、中性子） 電子：物質の電気的特性を決定
原子構造　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ラザフォードの原子モデル　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　原子　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　原子核（陽子、中性子）　　　　　　　　　　　電子：物質の電気的特性を決定 電子層　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　電子軌道　主量子数ｎにおける電子数　　　　　　　　　　　　　　　n=1（ 2個） 　n=2 （8個） n=3 （18個）　　　　　　　　　　　　 最外殻の電子：価電子(valence electron)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

8 Ⅳ族元素の電子配置　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　四個の電子が価電子　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　価電子は八個で安定　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　共有結合（covalent bond）　　　　　　　　　　　電子：物質の電気的特性　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

9 １．４真性半導体 (intrinsic semiconductor)
外部エネルギー→半導体 価電子は原子からの束縛力を振り切る →自由電子(free electron) →外部電界によって移動 抜け殻～正孔(hole)　正の電荷、質量 電子伝導と正孔伝導は逆向き 真性半導体では電子密度＝正孔密度

10 １．５不純物半導体 (impurity semiconductor)
Ⅴ族不純物添加　　　　　　　　　　　　　　　　　　Sbの５個の価電子　　　　　　　　　　　　　　→４個はSiと共有結合　　　　　　　　　　　　→１個はSbと弱く結合　　　　　　　　　　　　→常温でも容易に自由電子　　　　　　　　　　　　→Sbは正イオンになる　　　　　　　　　　　　　　不純物をドナー(donor)と呼ぶ　　　　　　　　　　ｎ形半導体（電子伝導が主）

11 Ⅲ族不純物添加　　　　　　　　　　　　　　　　　　Gaの３個の価電子　　　　　　　　　　　　　　→３個はSiと共有結合　　　　　　　　　　　　→不足分の１個はSiから調達　　　　　　　　　　　　→正孔が生ずる　　　　　　　　　　　　　　　→Gaは負イオンになる　　　　　　　　　　　　　　不純物をアクセプタ(acceptor)と呼ぶ　　　　　　　　　　 ｐ形半導体（正孔伝導が主） ドナーとアクセプタが共存する場合　　　　　　　電子密度＝正孔密度　補償形半導体

12 多数キャリヤ（majority carrier)　　　　　　　ｎ形半導体では電子　　　　　　　　　　　　　　ｐ形半導体では正孔
少数キャリヤ(minority carrier)　　　　　 　ｎ形半導体では正孔　　　　　　　　　　　　　　ｐ形半導体では電子

13 演習問題 直径８ｍｍ、長さ１５ｍｍの円柱状の真性半導体の両端に５Ｖの電圧を加えた。流れる電流を求めよ。 但し、抵抗率は２０Ω・ｃｍとする。