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令和6年10月16日 (水)
⇒#218@講義;

👨‍🏫 000.  n型半導体の原子価制御


無機固体化学 では、 「 無機固体の半導体と原子価制御 」 の中で、 「n型半導体の原子価制御」について 述べられています ⇒#218@講義;。

📆 初版
#🗒️👨‍🏫固溶体#🗒️👨‍🏫導電率#🗒️👨‍🏫室温#🗒️👨‍🏫良導体#🗒️👨‍🏫金属#🗒️👨‍🏫酸化物#🗒️👨‍🏫n型半導体#🗒️👨‍🏫電荷#🗒️👨‍🏫イオン#🗒️👨‍🏫陽イオン#🗒️👨‍🏫陰イオン#🗒️👨‍🏫結晶格子

 1)p型のNiOの場合には電荷ひとつ小さいLi固溶すれば導電率上昇したn型半導体場合に
  電荷ひとつ大きなイオン有効になる
 酸化亜鉛中の亜鉛アルミニウムで置換する具体的には酸化亜鉛酸化アルミニウム混合粉末 
  1000℃以上の温度で加熱するこの操作によりAl3イオンZnOの結晶格子中に拡散固溶
  ZnOの不定比無視して考え(1-2x)モルZnOとxモルAl2O3反応させると上図のように2個のAl3イオンZnO結晶格子組込まれるごとに2個の伝導電子結晶中に生成する反応前後とも電荷総和ゼロであること確認することこれはもとのZnOの陽イオン陰イオン1:1不定比は無視であるためそれ守りつつ電荷総和ゼロ保とうとする傾向の結果である上の過程の化学反応式は以下のようになる

(上の過程はZnOにAl2O3加える操作であるが見方変えるとAl3でZn2置換する操作と考えることもできる陽イオン陰イオン比が反応前後で1:1ままであること確認すること
 Al3固溶よってZn2Zn変化することになるのでこれも原子価制御である
 Zn2Al3イオン半径(Shannon&Prewitt)0.740.53Åでありイオン半径30%程度異なるためにAl31%程度しか固溶できないそれでも自然発生する不定比(10-6程度)起因するよりもはるかに多くの伝導電子結晶内に作り出すことができる

 原子価制御効果
 Al3なしのZnOの導電率室温10-1Sm-1
 Al:Zn=1:99固溶体導電率室温106Sm-1ほとんど良導体近い導電率なる
補足
 ZnOの他にも番安定な酸化数よりもひとつ低い酸化数でもまずまず安定金属酸化物n型半導体なるその場合電荷ひとつ多いイオン固溶すると導電率上昇する括弧内は固溶イオン
  SnO2(Sb5)CdO(In3)In2O3(Sn4)SrTiO3(Sr2La3で置換するとTi4Ti3なる)
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<article> . <a href='https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=218'> <q><cite> n型半導体の原子価制御 </q></cite> </a>.
山形大学,  <a href='https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Syllabus.asp?nSyllabusID=11058'> 無機固体化学 <a/a> 講義ノート, 2005.
<a href='https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=218'> https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/@Lecture.asp?nLectureID=218 </a> ,  (参照 <time datetime="2024-10-16">2024-10-16</time>). </article> </li>
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