p型半導体とn型半導体の違い

主な違い–p型半導体とn型半導体

p型およびn型半導体は、現代の電子機器の構築に絶対的に重要です。伝導能力を簡単に制御できるので非常に便利です。あらゆる種類の最新の電子機器の中心であるダイオードとトランジスタは、その構造にp型とn型の半導体を必要とします。 NS 主な違い p型半導体とn型半導体の違いは p型半導体はIII族元素の不純物を添加して作られています 真性半導体に、一方、 n型半導体、不純物は第IV族元素.

半導体とは

NS 半導体 は、導体と絶縁体の間に導電性がある材料です。の中に 固体のバンド理論、エネルギーレベルはバンドで表されます。この理論の下では、物質が伝導するためには、価電子帯からの電子が伝導帯まで移動できる必要があります（ここで「上に移動する」とは、電子が物理的に上に移動することを意味するのではなく、電子が次の量を獲得することを意味します。伝導帯のエネルギーに関連するエネルギー）。理論によれば、金属（導体）は価電子帯が伝導帯と重なるバンド構造を持っています。その結果、金属は容易に電気を通すことができます。絶縁体では、 バンドギャップ 価電子帯と伝導帯の間は非常に大きいため、電子が伝導帯に入るのは非常に困難です。対照的に、半導体は価電子帯と伝導帯の間に小さなギャップがあります。たとえば、温度を上げることにより、電子に十分なエネルギーを与えて、電子が価電子帯から伝導帯に移動できるようにすることができます。次に、電子は伝導帯を移動し、半導体は電気を伝導することができます。

固体のバンド理論の下での金属（導体）、半導体、および絶縁体の見方。

真性半導体 は、原子ごとに4つの価電子を持つ元素、つまり、シリコン（Si）やゲルマニウム（Ge）などの周期表の「グループIV」で発生する元素です。各原子には4つの価電子があるため、これらの価電子はそれぞれ、隣接する原子の価電子の1つと共有結合を形成できます。このようにして、すべての価電子が共有結合に関与します。厳密に言えば、これは当てはまりません。温度に応じて、多くの電子が共有結合を「切断」し、伝導に参加することができます。しかし、半導体に少量の不純物を加えることで、半導体の導電性を大幅に向上させることができます。 ドーピング。真性半導体に添加される不純物は、 ドーパント。ドープされた半導体は、 外因性半導体.

n型半導体とは

n型半導体は、真性半導体にリン（P）やヒ素（As）などのV族元素を少量添加して作製したものです。 V族元素は、原子ごとに5つの価電子を持っています。したがって、これらの原子がIV族原子と結合する場合、材料の原子構造により、5つの価電子のうち4つだけが共有結合に関与できます。これは、各ドーパント原子ごとに余分な「自由な」電子があり、それが伝導帯に入り、電気の伝導を開始できることを意味します。したがって、n型半導体のドーパント原子は ドナー 電子を伝導帯に「供与」するからです。バンド理論の観点から、伝導帯のエネルギーに近いエネルギー準位を持つドナーからの自由電子を想像することができます。エネルギーギャップが小さいため、電子は伝導帯に簡単に飛び込んで電流を流し始めることができます。

p型半導体とは

p型半導体は、真性半導体にホウ素（B）やアルミニウム（Al）などのIII族元素をドープして作られています。これらの元素では、原子ごとに3つの価電子しかありません。これらの原子が真性半導体に追加されると、3つの電子のそれぞれが、真性半導体の周囲の3つの原子からの価電子と共有結合を形成できます。ただし、結晶構造により、ドーパント原子がもう1つの電子を持っている場合、ドーパント原子は別の共有結合を形成できます。言い換えれば、今では電子の「空孔」があり、そのような「空孔」はしばしば穴。これで、ドーパント原子は周囲の原子の1つから電子を取り出し、それを使用して結合を形成できます。 p型半導体では、ドーパント原子は アクセプター 彼らは自分たちのために電子を取るからです。

さて、そこから電子を盗まれた原子にも穴が残っています。この原子は、隣接する原子の1つから電子を盗むことができ、次に、隣接する原子の1つから電子を盗むことができます…など。このように、電子が伝導帯を通過するのとほぼ同じように、「正に帯電した正孔」が材料の価電子帯を通過できることを実際に想像することができます。伝導帯の「正孔の動き」は電流と見なすことができます。価電子帯の正孔の運動は、与えられた電位差に対して伝導帯の電子の運動と反対方向であることに注意してください。 p型半導体では、穴は 過半数のキャリア 一方、伝導帯の電子は 少数キャリア.

バンド理論の観点から、受け入れられた電子のエネルギー（「アクセプターレベル」）は、価電子帯のエネルギーより少し高い位置にあります。価電子帯からの電子は簡単にこのレベルに到達し、価電子帯に穴を残します。下の図は、真性、n型およびp型半導体のエネルギーバンドを示しています。