《理論》〈電子理論〉[R3:問11]真性半導体及び不純物半導体の特徴に関する論説問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆(普通)

半導体に関する記述として,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(1) ゲルマニウム(\( \ \mathrm {Ge} \ \))やインジウムリン(\( \ \mathrm {InP} \ \))は単元素の半導体であり,シリコン(\( \ \mathrm {Si} \ \))やガリウムヒ素(\( \ \mathrm {GaAs} \ \))は化合物半導体である。

(2) 半導体内でキャリヤの濃度が一様でない場合,拡散電流の大きさはそのキャリヤの濃度勾配にほぼ比例する。

(3) 真性半導体に不純物を加えるとキャリヤの濃度は変わるが,抵抗率は変化しない。

(4) 真性半導体に光を当てたり熱を加えたりしても電子や正孔は発生しない。

(5) 半導体に電界を加えると流れる電流はドリフト電流と呼ばれ,その大きさは電界の大きさに反比例する。

【ワンポイント解説】

半導体に関する問題です。
内容は基本的な内容を問う問題ですが,正しいものを見つける問題であるため,誤りの選択肢をすべて見つけないと正答が導き出せない問題となります。

1.真性半導体
正孔濃度と電子濃度が同じである半導体で,周期表で\( \ 4 \ \)価の原子であるケイ素\( \ \mathrm {Si} \ \)やゲルマニウム\( \ \mathrm {Ge} \ \)の事を指します。
常温ではキャリア濃度があまり高くなく,抵抗率も高いため絶縁体に近い特性がありますが,光や熱等のエネルギーを加えると,誘起される電子の数が増え,導電性が上がる性質があります。

2.不純物半導体
真性半導体に\( \ 5 \ \)価のリン\( \ \mathrm {P} \ \)やヒ素\( \ \mathrm {As} \ \)等(ドナー)を混ぜる(ドープする)ことで,電子が余る状態を作り,余った電子が導通することで,真性半導体よりも電気が流れやすくなったもの,もしくは,真性半導体に\( \ 3 \ \)価のホウ素\( \ \mathrm {B} \ \)やガリウム\( \ \mathrm {Ga} \ \)等(アクセプタ)を混ぜる(ドープする)ことで,正孔ができる状態を作り,正孔が導通することで,真性半導体よりも電気が流れやすくなったものを言います。電子や正孔をキャリアと言い,多くあるキャリアを多数キャリアと言います。
電子を多数キャリアとする半導体を\( \ \mathrm {n} \ \)形半導体,正孔を多数キャリアとする半導体を\( \ \mathrm {p} \ \)形半導体と言います。


出典:LED発光ダイオードの基礎知識 HP

【解答】

解答:(2)
(1):誤り
ゲルマニウム(\( \ \mathrm {Ge} \ \))及びシリコン(\( \ \mathrm {Si} \ \))は単元素の半導体であり,インジウムリン(\( \ \mathrm {InP} \ \))やガリウムヒ素(\( \ \mathrm {GaAs} \ \))は化合物半導体となります。

(2):正しい
半導体はキャリヤが動くことにより電流が流れるので,拡散電流の大きさはそのキャリヤの濃度勾配にほぼ比例するようになります。

(3):誤り
真性半導体に不純物を加えるとキャリヤの濃度は変わり,電流が流れやすくなるため,抵抗率は一般に低下します。

(4):誤り
ワンポイント解説「1.真性半導体」の通り,真性半導体に光や熱を加えると電子-正孔対ができ,電流が流れやすくなります。

(5):誤り
半導体に電界を加えると電界の大きさに比例したドリフト電流と呼ばれる電流が流れます。