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Published byElling Askeland Modified 約 5 年前
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電子物性第1 第12回 ー半導体の導電現象ー 電子物性第1スライド12-1 目次 2 はじめに 3 半導体の導電率 4 自由電子
電子物性第1 第12回 ー半導体の導電現象ー 目次 2 はじめに 3 半導体の導電率 4 自由電子 5 正孔(ホール) 6 金属のフェルミレベル 7 半導体のバンド 8 電子を増やすと… 9 電子を減らすと… 10 V族原子の添加 11 ドナー準位 12 アクセプター準位 13 まとめ
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はじめに 電子物性第1 第12回 シリコン などの結晶は、半導体として知られています。
半導体の導電率 半導体では、金属の場合と違い、 高温になると電流を流します。 半導体でも、導電率σは、 σ=enμに従いますが、 n(キャリア密度)が高温で増える。 電子物性第1 第12回 -半導体の導電現象- 電子物性第1スライド12-2 はじめに シリコン などの結晶は、半導体として知られています。 多くの電子デバイス(トランジスタなど)に応用されます。 半導体とは何かを今日は考えます。 注意すべきことは、 程ほどの導体(電流をそこそこ流す)ものが半導体でなく、 電流を流したり、流さなかったり変えられる性質です。 ① 半導体は電流を流したり、流さなかったりする。
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半導体の導電率 半導体では、 金属の場合と違い、 高温になると電流を流します。 半導体でも、導電率σは、 σ=enμに従いますが、
はじめに シリコンなどの結晶は、半導体として知られています。 多くの電子デバイス(トランジスタなど)に応用されます。 半導体とは何かを今日は考えます。注意すべきことは、 程ほどの導体(電流をそこそこ流す)ものが半導体でなく、 電流を流したり、流さなかったり変えられる性質です。 自由電子 半導体中のキャリアを考える。 Si結晶中の価電子の波を考え、 電子の波が過剰にある所、 ここに伝導電子があって、 これが移動し、電流を流します。 電子物性第1スライド12-3 半導体の導電率 半導体では、 金属の場合と違い、 高温になると電流を流します。 半導体でも、導電率σは、 σ=enμに従いますが、 n(キャリア密度)が高温で増える。 ① 半導体の導電率は高温になると上昇する。
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自由電子 半導体中のキャリアを考える。 Si結晶中の価電子の波を考え、 電子の波が過剰にある所、 ここに伝導電子があって、
半導体の導電率 半導体では、金属の場合と違い、 高温になると電流を流します。 半導体でも、導電率σは、 σ=enμに従いますが、 n(キャリア密度)が高温で増える。 正孔(ホール) 逆に、電子の波が1箇所弱く なるとどうでしょうか? 実はここもキャリアになる。 正の電荷(+e)を持ち、 これが移動して電流を流す。 電子物性第1スライド12-4 自由電子 半導体中のキャリアを考える。 Si結晶中の価電子の波を考え、 電子の波が過剰にある所、 ここに伝導電子があって、 これが移動し、電流を流します。 ① 電子の波が余ったところに伝導電子がある。
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正孔(ホール) 逆に、 電子の波が1箇所弱く なるとどうでしょうか? 実はここもキャリアになる。 正の電荷(+e)を持ち、
エネルギー帯構造を考えよう。 金属では、広い価電子帯の 途中までを電子が占めており、 フェルミレベル付近の、 伝導電子、正孔が多数ある。 金属のフェルミレベル 自由電子 半導体中のキャリアを考える。 Si結晶中の価電子の波を考え、 電子の波が過剰にある所、 ここに伝導電子があって、 これが移動し、電流を流します。 電子物性第1スライド12-5 正孔(ホール) 逆に、 電子の波が1箇所弱く なるとどうでしょうか? 実はここもキャリアになる。 正の電荷(+e)を持ち、 これが移動して電流を流す。 ① 電子の波の少ないところに正孔がある。
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金属のフェルミレベル エネルギー帯構造を考えよう。 金属では、 広い価電子帯の 途中までを電子が占めており、 フェルミレベル 付近の、
正孔(ホール) 逆に、電子の波が1箇所弱く なるとどうでしょうか? 実はここもキャリアになる。 正の電荷(+e)を持ち、 これが移動して電流を流す。 半導体のバンド 半導体のエネルギー帯は 価電子の占める価電子帯と 大抵ほとんど電子のいない 伝導帯があり、間に電子の 入れない禁制帯がある。 価電子が占める。 ない⇒「正孔」 大抵、電子は空。 いる⇒「伝導電子」 フェルミレベルが 禁制帯中央部分 ⇒電子正孔ない。 電子物性第1スライド12-6 金属のフェルミレベル エネルギー帯構造を考えよう。 金属では、 広い価電子帯の 途中までを電子が占めており、 フェルミレベル 付近の、 伝導電子、 正孔 が多数ある。 ① 金属ではフェルミレベル付近に電子、正孔多数ある。
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半導体のバンド 半導体のエネルギー帯は 価電子の占める価電子帯と 大抵ほとんど電子のいない 伝導帯があり、 間に電子の
エネルギー帯構造を考えよう。 金属では、広い価電子帯の 途中までを電子が占めており、 フェルミレベル付近の、 伝導電子、正孔が多数ある。 金属のフェルミレベル 電子を増やすと… 純粋なシリコン結晶は、 真性半導体と呼ばれ、 電流をほぼ流さないが、 電子を増やすと、 n形半導体となり、 電子が電流を流す。 n 電子物性第1スライド12-7 半導体のバンド 大抵、電子は空。 半導体のエネルギー帯は いる⇒「伝導電子」 価電子の占める価電子帯と フェルミレベルが 禁制帯中央部分 ⇒電子正孔ない。 大抵ほとんど電子のいない 伝導帯があり、 間に電子の 入れない禁制帯がある。 価電子が占める。 ない⇒「正孔」 ① 価電子帯に正孔、伝導帯に電子が存在できる。
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電子を増やすと… 純粋なシリコン結晶は、 真性半導体と呼ばれ、 電流をほぼ流さないが、 電子を増やすと、 n形半導体となり、
電子を減らすと… 逆に電子を減らすと、 フェルミレベル下がり、 価電子帯に正孔が 発生し、p形半導体。 正孔が電流を流す。 半導体のバンド 半導体のエネルギー帯は 価電子の占める価電子帯と 大抵ほとんど電子のいない 伝導帯があり、間に電子の 入れない禁制帯がある。 価電子が占める。 ない⇒「正孔」 大抵、電子は空。 いる⇒「伝導電子」 フェルミレベルが 禁制帯中央部分 ⇒電子正孔ない。 p 電子物性第1スライド12-8 電子を増やすと… 純粋なシリコン結晶は、 真性半導体と呼ばれ、 電流をほぼ流さないが、 電子を増やすと、 n形半導体となり、 電子が電流を流す。 ① 電子を増やすと、伝導帯に電子がわき、n形半導体。 n
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電子を減らすと… 逆に電子を減らすと、 フェルミレベル下がり、 価電子帯に正孔が 発生し、p形半導体。 正孔が電流を流す。 電子を増やすと…
純粋なシリコン結晶は、 真性半導体と呼ばれ、 電流をほぼ流さないが、 電子を増やすと、 n形半導体となり、 電子が電流を流す。 V族原子の添加 純粋なシリコンに、 Pなどのドナー不純物 を少量添加すると、 その回りだけ電子 過剰となり、n形 半導体となる。 n 電子物性第1スライド12-9 電子を減らすと… 逆に電子を減らすと、 フェルミレベル下がり、 価電子帯に正孔が 発生し、p形半導体。 正孔が電流を流す。 ① 電子を減らすと、価電子帯に正孔がわき、p形半導体。 p
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V族原子の添加 純粋なシリコンに、 PなどのV族原子 を少量添加すると、 ドナー不純物 その回りだけ電子 過剰となり、n形 半導体となる。
電子を減らすと… 逆に電子を減らすと、 フェルミレベル下がり、 価電子帯に正孔が 発生し、p形半導体。 正孔が電流を流す。 ドナー準位 シリコン結晶中のリン(ドナー不純物) は電子を出すと+イオンになる。 このイオンは約0.05 eVのエネルギーで 電子を引き付け、ドナー準位を形成する。 室温で、フェルミレベルがここに一致し、 たくさんの電子が伝導帯に生成される。 フェルミレベル p n 電子物性第1スライド12-10 V族原子の添加 純粋なシリコンに、 PなどのV族原子 を少量添加すると、 ドナー不純物 その回りだけ電子 過剰となり、n形 半導体となる。 ① V族原子を添加すると、周りに電子が生まれる。
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ドナー準位 シリコン結晶中のリン(ドナー不純物) は電子を出すと+イオンになる。 このイオンは約0.05 eVのエネルギーで
純粋なシリコンに、 Pなどのドナー不純物 を少量添加すると、 その回りだけ電子 過剰となり、n形 半導体となる。 アクセプタ準位 一方、アクセプタ不純物のBなどは、 電子を取り込み、ーイオンになる。 このイオンは約0.05 eVのエネルギーで 正孔を引き付け、アクセプタ準位。 フェルミレベルもここに一致し、 正孔が価電子帯に生成される。 フェルミレベル p 電子物性第1スライド12-11 ドナー準位 シリコン結晶中のリン(ドナー不純物) は電子を出すと+イオンになる。 フェルミレベル このイオンは約0.05 eVのエネルギーで 電子を引き付け、ドナー準位を形成する。 室温で、フェルミレベルがここに一致し、 たくさんの電子が伝導帯に生成される。 n ① Pなどはドナー準位を形成し、ここにフェルミレベル。
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アクセプタ準位 一方、アクセプタ不純物のBなどは、 電子を取り込み、ーイオンになる。 このイオンは約0.05 eVのエネルギーで
ドナー準位 シリコン結晶中のリン(ドナー不純物) は電子を出すと+イオンになる。 このイオンは約0.05 eVのエネルギーで 電子を引き付け、ドナー準位を形成する。 室温で、フェルミレベルがここに一致し、 たくさんの電子が伝導帯に生成される。 フェルミレベル まとめ 半導体の導電率は、キャリア密度によって大きく変化する。 純粋な半導体(真性半導体)は室温では高抵抗である。 シリコンにV族元素(ドナー不純物)を加えると、電子が発生 し、n形半導体となり電流を流すようになる。一方、III族元素 (アクセプタ不純物)を加えると、p形半導体で正孔が発生。 n 電子物性第1スライド12-12 アクセプタ準位 一方、アクセプタ不純物のBなどは、 電子を取り込み、ーイオンになる。 このイオンは約0.05 eVのエネルギーで 正孔を引き付け、アクセプタ準位。 フェルミレベル フェルミレベルもここに一致し、 正孔が価電子帯に生成される。 p ① Bなどはアクセプタ準位を生成する。
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まとめ 半導体の導電率は、 キャリア密度によって大きく変化する。 純粋な半導体(真性半導体)は室温では高抵抗である。
スライドを終了します。 アクセプター準位 一方、アクセプター不純物のBなどは、 電子を取り込み、ーイオンになる。 このイオンは約0.05 eVのエネルギーで 正孔を引き付け、アクセプター準位。 フェルミレベルもここに一致し、 正孔が価電子帯に生成される。 フェルミレベル p 電子物性第1スライド12-13 まとめ 半導体の導電率は、 キャリア密度によって大きく変化する。 純粋な半導体(真性半導体)は室温では高抵抗である。 シリコンにV族元素(ドナー不純物)を加えると、電子が発生 し、n形半導体となり電流を流すようになる。 一方、III族元素 (アクセプタ不純物)を加えると、p形半導体で正孔が発生。 ① 半導体の導電率には不純物などが重要。
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