👨‍🏫外因性半導体

☆我々の使っている半導体製品(Siが主体)は、多少温度が変化してもちゃんと働く。真性半導体のSiは、
　　　室温付近では導電率が低すぎる。そのため、導電率を自由に変えるための工夫がなされている。

　7-4-1 固体Siの中のSiのごく一部を15族元素（Pなど）ですりかえる
　PはSiよりも電子を1個余分に持っている。Si（白丸）結晶の中に
　　　P（横線の丸）が混じりこめば、結合に関与しない電子（斜線の小さな
　　　丸）が1個できてしまう（女性4人と男性5人がコンパしたら、
　　　孤独な男性が一人できる）。結合にあずからない電子は、少しのエネル
　　　ギーをもらっただけで、結晶中を動き回れる（いじけてどこかにいく）。
　　　　このような物質のエネルギーバンドは右下のようになり、禁止帯の中の
　　　伝導帯に近いところに、余分な電子のための「準位」ができる（この電子
　　　は結合にあずかれないため、他の4個よりも高いエネルギー状態にある。
　　　その分、伝導帯に近いところにいる）。
　　　　余分な電子は、少しのエネルギーで伝導帯に飛び移り、結晶中を移動。

　　　　このような物質では、主として「伝導電子」が電気を運ぶ。伝導電子の電荷は負(negative)なので、
　　　これを「n型半導体」という。Pによってもたらされる電子の準位を「ドナー準位」という。
　　　　少量のPを混ぜるだけで、Siの電気的性質が大きく変化する。そのような目的で加えられる元素（こ
　　　こではP）をドーパントといい、その操作をドーピング（ドープする）という。

7-4-2 固体Siの中のSiのごく一部を13族元素（Alなど）ですりかえる
　　　　AlはSiよりも電子が1個少ない。すると、結合を4個完成することが
　　　　できない場所（×）が生じる。ただし、ここには外から電子が入って
　　　　来ることはできる（少し居心地は良くないが）。（女性4人、男性3人
　　　　でコンパをすると、空席ができて、隣のテーブルから見知らぬ男が
　　　　入る余地ができる）。
　　　　　このような物質のエネルギーバンドは右下のようになり、電子が
　　　　入れる空席が価電子帯に近いところにできる（「アクセプター準位」
　　　　という）。アクセプター準位には、価電子帯の電子が少しのエネルギー
　　　　で入りこめるようになり、正孔ができる（隣の男が入りこめば、その
　　　　人間がいた席は空席になる）。

　　　　　このような物質では主として正孔（電荷が正(positive)）が電子を運ぶ
　　　　のでp型半導体という。この場合のAlも、ドーパントである。

　ドーパントの濃度が高くなれば、それだけ電荷担体も増えやすくなる。ドーパント濃度で導電率を任意に変えられる。ドープした半導体を、「外因性半導体」と呼ぶ。

👨‍🏫 000. 外因性半導体

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