電子が移動しているということは,安定している電子(中心の殻にいる電子)よりもエネルギーが大きいということになるでしょう. ちなみに,この帯には名前がついており,先ほど図で示した高エネルギーのところを『伝導帯』,低エネルギーの方を『価電子帯』,その間のことを『バンドギャップ』と呼びますので覚えておいてください. ここまで理解出来たら簡単で,金属が電気を通しやすいのは 『伝導帯と価電子帯がくっついているか,離れていてもわずか』 だからです. そして,絶縁体が電気を通しにくいのは, 『伝導帯と価電子帯がとても離れているため,電子が流れるためには莫大なエネルギーが要る』 からなんです. 半導体は,金属と絶縁体の間の性質を持っている,つまり伝導帯と価電子帯がちょっと離れているような状態にあります そのため,熱や電圧をかけることで電子にエネルギーを与えると電気が流れやすくなるというわけです. イメージを大事にしたのでかなりざっくりした説明でしたが,おおよそこんな感じです. P型N型って? 半導体について勉強していると,『P型半導体』とか『N型半導体』とかって聞くことがあると思います. それが一体なんなのかを説明していきたいと思います. まず,4族のシリコン,3族のボロン,5族のリンの原子モデルをみてみましょう. 一番外の殻の電子(最外殻電子)の数が異なっていることが分かるはずです. 宇宙一わかりやすい高校化学 目次. では,4族のシリコンのみで結合したものに対し,3族のボロン,5族のリンを入れてみるとどうなるでしょうか? そう,1番外の殻の電子数が違うせいで,電子が足りなかったり余ってしまうという状況が起きます 電子はマイナスなので,『電子が不足する』ということは『マイナスがなくなる』ということなので,全体ではプラスとなりますね. 逆に,『電子が余る』ということは,『マイナスが増える』ということなので,全体としてマイナスとなります. ということで,ボロンのような3族元素を添加することで電子が不足する,つまりプラスとなった半導体のことを, ポジティブな半導体,略してP型半導体 と呼ぶというわけです. 逆にリンのような5族元素を添加することで電子が余る,つまりマイナスとなった半導体のことを, ネガティブな半導体,略してN型半導体 と呼ぶんです. P型半導体の場合,この不足した場所が空きスペースになるため,空きスペースに電子が移動していくことで電気が流れます.
多田 道のりは長いですよ。90パーセントというと、ほとんどできたと思うでしょうが、物理学の世界では、99.
茨城県東海村。太平洋を臨むこの小さな村に、高エネルギー加速器研究機構と日本原子力研究開発機構が共同運営する、世界最先端の大強度陽子加速器施設、J-PARCはある。なかでも、日本に3度ノーベル賞をもたらした素粒子物理学の分野で、誰にもマネのできない"すごい実験"を行っているのが、ニュートリノ実験施設だ。 多田将さんは、この施設の一部を設計した素粒子物理学者で、宇宙の謎に迫る壮大な実験を積み重ねている。 金髪に迷彩服姿という外見もさることながら、わかりやすい語り口で年間30回もの講演をこなしたり、実験施設をイチから設計するなど、その仕事ぶりも型破りだ。「好き嫌いでは生きてこなかったからでしょうね」——プロフェッショナルに徹する多田さんの人生哲学に迫った。 取材・文:高松夕佳/写真:仲田絵美/編集:川村庸子 世紀の大発見を目指して 「素粒子物理学」というと、とてつもなく難しく感じてしまうのですが、そもそも「素粒子」って何ですか? 多田 素粒子とは、自然界に存在するものを分解していったときにこれ以上分割できない最も小さな粒子のことです。 自然界で最も大きなものは、宇宙です。人間が観測できる宇宙の大きさは、1, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000(一千抒「じょ」)メートル。途方もない大きさですよね。これを扱うのは宇宙物理学です。我々の住む地球の直径は10, 000, 000メートル。この太陽系の星々を扱うのが惑星物理学です。 人間の大きさは約1メートル、その中の内臓は約0. 1メートルで、これが医学の領域です。内臓を構成する細胞(0. 宇宙一わかりやすい高校化学 化学基礎. 00001メートル)は生物学、その細胞を形作る分子の大きさまでを扱うのが化学です。分子を分解してできるのが原子で、その中身の原子核は原子核物理学が扱います。 素粒子物理学はさらにその先、0. 000000000000000001メートルよりも小さい素粒子を相手にする学問です。 僕の研究対象である「ニュートリノ」は、ヴォルフガング・パウリ (*1) が提唱した素粒子の一種です。原子核の中身は陽子と中性子でできているのですが、中性子が原子核を飛び出すと、自然に壊れ、陽子と電子に分かれる。そのとき物理学の基本法則である「エネルギー保存則」 (*2) が成り立っていないことがわかった。崩壊後にエネルギーが減っていたのです。 当時の物理学者の多くはこの謎が解けず、「原子核ほどの小さな世界では、エネルギー保存則は成り立たないのではないか」と考えたのですが、ただひとり、パウリだけがそれに異を唱えました。 彼はその現象を「まだ見つかっていない粒子が存在して、それがエネルギーを持ち出しているに違いない」と説明したのです。この粒子が、「ニュートリノ」です。実際にニュートリノが発見されたのは、それから26年も後のことでした (*3) 。 多田さんは、その「ニュートリノ」を使って壮大な実験をされていると伺いました。いったいどんな実験なのですか?
N型半導体の場合は,余った電子が動くことで電気が流れるという仕組み. これかP型半導体とN型半導体のすごくざっくりとした説明でした. ちなみに,このように不純物を混ぜることを,ドーピングと呼びます. まとめ 今回,以下のことについてまとめました. 半導体とは何か 高校化学の軽い復習 バンドギャップ,価電子帯,伝導帯とは何か ドーピングについて P型半導体,N型半導体とは何か さらに専門になってくると,価電子帯と伝導帯のエネルギーの差を数式を使って厳密に求めたりといった難しい計算がたくさん出てきます. Amazon.co.jp: 身のまわりのありとあらゆるものを化学式で書いてみた : 悟, 山口: Japanese Books. 今回,イメージを大切にするため数式を一切使わずに,高校の化学の知識だけで基礎を説明してみました. これ以上踏み込むととても1記事では書ききれないので,興味がある方は他の書籍を当たってみてください. お読み頂きありがとうございました. 追記: 無料のLINEマガジンをはじめました! 「スキルをつけて人生の自由度をあげる」をテーマにしたLINEのマガジンをはじめました! ブログでよく聞かれるプログラミングやブログ運営、ビジネスのことなどを体系的にまとめて発信しています。 無料でバンバン良質な情報を流しますので、ぜひチェックしてみてくださいね!
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