《理論》〈電子理論〉[H26:問12]半導体のpn接合を利用した素子に関する論説問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

半導体の\(\mathrm {pn}\)接合を利用した素子に関する記述として，誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

(1)　ダイオードに\(\mathrm {p}\)形が負，\(\mathrm {n}\)形が正となる電圧を加えたとき，\(\mathrm {p}\)形，\(\mathrm {n}\)形それぞれの領域の少数キャリヤに対しては，順電圧と考えられるので，この少数キャリヤが移動することによって，極めてわずかな電流が流れる。

(2)　\(\mathrm {pn}\)接合をもつ半導体を用いた太陽電池では，その\(\mathrm {pn}\)接合部に光を照射すると，電子と正孔が発生し，それらが\(\mathrm {pn}\)接合部で分けられ電子が\(\mathrm {n}\)形，正孔が\(\mathrm {p}\)形のそれぞれの電極に集まる。その結果，起電力が生じる。

(3)　発光ダイオードの\(\mathrm {pn}\)接合領域に順電圧を加えると，\(\mathrm {pn}\)接合領域でキャリヤの再結合が起こる。再結合によって，そのエネルギーに相当する波長の光が接合部付近から放出される。

(4)　定電圧ダイオード(ツェナーダイオード)はダイオードにみられる順電圧・電流特性の急激な降伏現象を利用したものである。

(5)　空乏層の静電容量が，逆電圧によって変化する性質を利用したダイオードの可変容量ダイオード又はバラクタダイオードという。逆電圧の大きさを小さくしていくと，静電容量は大きくなる。

【ワンポイント解説】

半導体の特性を問う問題です。\(\mathrm {pn}\)接合に関する問題は，電子理論の中でも非常に出題されやすい問題なので、よく理解しておくようにしておきましょう。

【解答】

解答：(4)
(1)：正しい
問題文の通り，\(\mathrm {p}\)形が負，\(\mathrm {n}\)形が正となる電圧すなわち逆電圧を加えた場合でも，少数キャリヤがあるので，極めてわずかな電流が流れます。

(2)：正しい
太陽電池の原理そのものの説明です。\(\mathrm {pn}\)接合部に光を照射すると，電子と正孔が発生し，それらが\(\mathrm {pn}\)接合部で分けられ電子が\(\mathrm {n}\)形，正孔が\(\mathrm {p}\)形のそれぞれの電極に集まる結果，起電力が生じます。したがって，発生する電気は直流となるので，系統に連系する際はインバータが必要になります。

(3)：正しい
発光ダイオードの原理そのものの説明となります。

(4)：誤り
ツェナーダイオードは下図のように逆電圧の急激な降伏現象を利用し，定電圧を出力させます。