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半導体（semi-conductor）

電気伝導率（∝自由電子の数密度）が金属導体と絶縁体の中間の性質を持つ物質を 半導体(semi-conductor) という．原子の数に比して伝導電子の数は少ないが温度・圧力・不純物などの条件の変化によって電子の数や運動が著しい変化をする．

・真性半導体

ゲルマニウム ${\displaystyle \text{Ge}}$ やケイ素 ${\displaystyle \text{Si}}$ などの第４族元素の結晶では，温度を上げると熱運動によって共有結合を振り切って自由電子になる．抜け出した電子のあとには孔が空くのでこの孔に他の電子が入り込み，結晶の内部を移動してゆく．電場を加えると正電荷を帯びた孔が電場の方向に運動して電流が流れる．この孔を 正孔（ホール）(hole) という． よって電子とホールの両方で電気伝導が起こる．このような物質を真性半導体という．

・N型半導体

${\displaystyle \text{Ge}}$ の結晶にアンチモン ${\displaystyle \text{Sb}}$ ，ヒ素 ${\displaystyle \text{As}}$ ，リン ${\displaystyle \text{P}}$ などの第５族元素を微量に混ぜると電子が１個ずつ余る． ${\displaystyle \text{Ge}}$ 原子と入れかわった ${\displaystyle \text{Sb}}$ 原子の５個の価電子のうち１個が共有結合からはみ出して自由電子となり，電場を与えると電子が移動して電流が流れる．キャリアは負(negative)の電気量をもつ自由電子なので Negative-type（N型）半導体という．

・P型半導体

${\displaystyle \text{Ge}}$ の結晶にインジウム ${\displaystyle \text{In}}$ ，ホウ素 ${\displaystyle \text{B}}$ ，ガリウム ${\displaystyle \text{Ga}}$ など の第３族元素の不純物を混ぜると電子が１個ずつ不足して正孔(positive hole)が生じる．ホールは不安定な共有結合なので近くの電子をとらえて安定になろうとして，空席が埋まる．電場中ではホールは正の電荷のキャリアと同じ働きをする．キャリアは正(positive)の電気量をもつホールなので Positive-type（P型）半導体という．

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学生スタッフ作成

2021年7月28日

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