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【半導体工学】キャリア濃度の温度依存性 - YouTube
初級編では,真性半導体,P形,N形半導体について,シリコンを例に説明してきました.中級編では,これらのバンド構造について説明します. この記事を読む前に, 導体・絶縁体・半導体 を一読されることをお勧めします. 真性半導体のバンド構造は, 導体・絶縁体・半導体 で見たとおり,下の図のようなバンド構造です. 絶対零度(0 K)では,価電子帯や伝導帯にキャリアは全く存在せず,電界をかけても電流は流れません. しかし,ある有限の温度(例えば300 K)では,熱からエネルギーを得た電子が価電子帯から伝導帯へ飛び移り,電子正孔対ができます. このため,温度上昇とともに電子や正孔が増え,抵抗率が低くなります. ドナー 14族であるシリコン(Si)に15族のリン(P)やヒ素(As)を不純物として添加し,Si原子に置き換わったとします. このとき,15族の元素の周りには,結合に寄与しない価電子が1つ存在します.この電子は,共有結合に関与しないため,比較的小さな熱エネルギーを得て容易に自由電子となります. 一方,電子を1つ失った15族の原子は正にイオン化します.自由電子と違い,イオン化した原子は動くことが出来ません.この不純物原子のことを ドナー [*] といいます. 【半導体工学】半導体のキャリア密度 | enggy. [*] ちょっと横道にそれますが,「ドナー」と聞くと「臓器提供者」を思い浮かべる方もおられるでしょう.どちらの場合も英語で書くと「donor」,つまり「提供する人/提供する物」という意味の単語になります.半導体の場合は「電子を提供する」,医学用語の場合は「臓器を提供する」という意味で「ドナー」という言葉を使っているのですね. バンド構造 このバンド構造を示すと,下の図のように,伝導帯からエネルギー だけ低いところにドナーが準位を作っていると考えられます. ドナー準位の電子は周囲からドナー準位の深さ を熱エネルギーとして得ることにより,伝導帯に励起され,自由電子となります. ドナーは不純物として半導体中に含まれているため,まばらに分布していることを示すために,通常図中のように破線で描きます. 多くの場合,ドナーとして添加される不純物の は比較的小さいため,室温付近の温度領域では,ドナー準位の電子は熱エネルギーを得て伝導帯へ励起され,ほとんどのドナーがイオン化していると考えて問題はありません. また,真性半導体の場合と同様,電子が熱エネルギーを得て価電子帯から伝導帯へ励起され,電子正孔対ができます.
1 eV 、 ゲルマニウム で約0. 67 eV、 ヒ化ガリウム 化合物半導体で約1. 4 eVである。 発光ダイオード などではもっと広いものも使われ、 リン化ガリウム では約2. 3 eV、 窒化ガリウム では約3. 4 eVである。現在では、ダイヤモンドで5. 27 eV、窒化アルミニウムで5. 9 eVの発光ダイオードが報告されている。 ダイヤモンド は絶縁体として扱われることがあるが、実際には前述のようにダイヤモンドはバンドギャップの大きい半導体であり、 窒化アルミニウム 等と共にワイドバンドギャップ半導体と総称される。 ^ この現象は後に 電子写真 で応用される事になる。 出典 [ 編集] ^ シャイヴ(1961) p. 9 ^ シャイヴ(1961) p. 16 ^ "半導体の歴史 その1 19世紀 トランジスタ誕生までの電気・電子技術革新" (PDF), SEAJ Journal 7 (115), (2008) ^ Peter Robin Morris (1990). A History of the World Semiconductor Industry. IET. p. 12. ISBN 9780863412271 ^ M. Rosenschold (1835). Annalen der Physik und Chemie. 35. Barth. p. 46. ^ a b Lidia Łukasiak & Andrzej Jakubowski (January 2010). "History of Semiconductors". 工学/半導体工学/キャリア密度及びフェルミ準位 - vNull Wiki. Journal of Telecommunication and Information Technology: 3. ^ a b c d e Peter Robin Morris (1990). p. 11–25. ISBN 0-86341-227-0 ^ アメリカ合衆国特許第1, 745, 175号 ^ a b c d "半導体の歴史 その5 20世紀前半 トランジスターの誕生" (PDF), SEAJ Journal 3 (119): 12-19, (2009) ^ アメリカ合衆国特許第2, 524, 035号 ^ アメリカ合衆国特許第2, 552, 052号 ^ FR 1010427 ^ アメリカ合衆国特許第2, 673, 948号 ^ アメリカ合衆国特許第2, 569, 347号 ^ a b 1950年 日本初トランジスタ動作確認(電気通信研究所) ^ 小林正次 「TRANSISTORとは何か」『 無線と実験 』、 誠文堂新光社 、1948年11月号。 ^ 山下次郎, 澁谷元一、「 トランジスター: 結晶三極管.
科学、数学、工学、プログラミング大好きNavy Engineerです。 Navy Engineerをフォローする 2021. 05. 26 半導体のキャリア密度を勉強しておくことはアナログ回路の設計などには必要になってきます.本記事では半導体のキャリア密度の計算に必要な状態密度関数とフェルミ・ディラック分布関数を説明したあとに,真性半導体と不純物半導体のキャリアについて温度との関係などを交えながら説明していきます. 真性半導体n型半導体P形半導体におけるキャリア生成メカニズムについてま... - Yahoo!知恵袋. 半導体のキャリアとは 半導体でいう キャリア とは 電子 と 正孔 (ホール) のことで,半導体では電子か正孔が流れることで電流が流れます.原子は原子核 (陽子と中性子)と電子で構成されています.通常は原子の陽子と電子の数は同じですが,何かの原因で電子が一つ足りなくなった場合などに正孔というものができます.正孔は電子と違い実際にあるものではないですが,原子の正孔に隣の原子から電子が移り,それが繰り返し起こることで電流が流れることができます. 半導体のキャリア密度 半導体のキャリア密度は状態密度関数とフェルミ・ディラック分布関数から計算することができます.本章では状態密度関数とフェルミ・ディラック分布関数,真性半導体のキャリア密度,不純物半導体のキャリア密度について説明します. 状態密度関数とフェルミ・ディラック分布関数 伝導帯の電子密度は ①伝導帯に電子が存在できる席の数. ②その席に電子が埋まっている確率.から求めることができます. 状態密度関数 は ①伝導帯に電子が存在できる席の数.に相当する関数, フェルミ・ディラック分布関数 は ②その席に電子が埋まっている確率.に相当する関数で,同様に価電子帯の正孔密度も状態密度関数とフェルミ・ディラック分布関数から求めることができます.キャリア密度の計算に使われるこれらの伝導帯の電子の状態密度\(g_C(E)\),価電子帯の正孔の状態密度\(g_V(E)\),電子のフェルミ・ディラック分布関数\(f_n(E)\),正孔のフェルミ・ディラック分布関数\(f_p(E)\)を以下に示します.正孔のフェルミ・ディラック分布関数\(f_p(E)\)は電子の存在しない確率と等しくなります. 状態密度関数 \(g_C(E)=4\pi(\frac{2m_n^*}{h^2})^{\frac{3}{2}}(E-E_C)^{\frac{1}{2}}\) \(g_V(E)=4\pi(\frac{2m_p^*}{h^2})^{\frac{3}{2}}(E_V-E)^{\frac{1}{2}}\) フェルミ・ディラック分布関数 \(f_n(E)=\frac{1}{1+\exp(\frac{E-E_F}{kT})}\) \(f_p(E)=1-f_n(E)=\frac{1}{1+\exp(\frac{E_F-E}{kT})}\) \(h\):プランク定数 \(m_n^*\):電子の有効質量 \(m_p^*\):正孔の有効質量 \(E_C\):伝導帯の下端のエネルギー \(E_V\):価電子帯の上端のエネルギー \(k\):ボルツマン定数 \(T\):絶対温度 真性半導体のキャリア密度 図1 真性半導体のキャリア密度 図1に真性半導体の(a)エネルギーバンド (b)状態密度 (c)フェルミ・ディラック分布関数 (d)キャリア密度 を示します.\(E_F\)はフェルミ・ディラック分布関数が0.