半導体の原理【キャリアとは】

どうもゆうかです。

皆さんは半導体についてどこまで知っていますか？

今は半導体不足によって様々なところに影響が出ています。例えば、車だったりカメラだったり。

今回はそんな半導体について簡単に解説していこうかなと思います。

半導体のキャリアとは？

半導体にはキャリアというものが存在します。

キャリアとは、簡単に電気を流すための電子の在り方だと思ってください。電子が多いのか、正孔が多いのかの違いです。それぞれn型、p型と呼ばれます。

この二つについて解説して行きます。

n型半導体とは、電子がたくさんある状態の半導体を指します。たくさんある電子が電気を流す役割を持つということですね。キャリアは電子ということになります。

n型半導体は比較的想像しやすいと思います。自由電子が豊富に存在する金属が、電気をよく通すのと原理は似ています。

nとはnegativeの頭文字から取っています。マイナスの電荷を持っているからネガティブということですね。

p型半導体とは、正孔を持つ半導体です。正孔とは？って感じですよね。

正孔とは、電子が少なくて穴が空いた場所です。n型半導体とは違って電子が少ないのです。穴に電子がはいってきて正孔が動いていくことで電気が流れるようになります。キャリアは正孔です。

電子が少ないから、電子がいるはずの場所に穴が空いている。そこに別の場所にいた電子Aが入ってくると、空いていた穴は電子によって塞がりますが電子Aがいた場所に新たに穴が開きます。

こうして正孔がどんどん動いていくことで電気が流れるようになる半導体をp型半導体と呼びます。

pとはpositiveの頭文字から取ってます。正孔は電子がいない、つまりプラスの状態にあるからポジティブということです。

上記の説明じゃあ物足りない方のために少し踏み込んで話をして行きましょう。

なぜ、n型p型半導体が分けられるのでしょうか？

それは結合性軌道と反結合性軌道が関係しています。電子は安定の時は結合性軌道に存在しています。そこに、何かしらのエネルギーが加わった時に反結合性軌道の方に電子が移動する励起が起こります。

その状態で、結合性軌道に穴が開くとそこが正孔となり、p型半導体になるわけです。反対に、化合物などで電子が豊富すぎて反結合性軌道にも電子がいる時はそれが自由電子のような振る舞いをしているのがn型半導体になるわけです。

結合性軌道、反結合性軌道の間のエネルギーをバンドギャップとか言ったりします。単位はeV（エレクトロンボルト）です。

今回はここまでです。そのうち私が研究している物質についても触れると思います。ぜひ遊びに来てください。