半導体物性 - らじとく

🛡️ 半導体物性のまとめ ▼

半導体の特性と不純物 💥

温度特性：温度上昇に伴う抵抗値の低下（負の温度係数）。
エネルギーバンド：絶対零度における伝導帯の空帯化、および禁制帯におけるキャリア不在。
不純物ドーピング： $ 4 $ 価の真性半導体への $ 5 $ 価添加による「n形（多数キャリア：電子）」、 $ 3 $ 価添加による「p形（多数キャリア：正孔）」の形成。
キャリア濃度の計算：導電率 $ \sigma = nq\mu $ に基づく、キャリア密度 $ n = \sigma / ( q \mu ) $ の算出。
物理現象：温度差による「ゼーベック効果（熱電効果）」や磁界による「ホール効果」の発生。

※以下の国家試験問題・選択肢は学習支援を目的として引用しています。問題文および選択肢の著作権は厚生労働省に帰属します。解説・補足・分野分類・関連知識の整理は当サイトが独自に作成しています。

問 66 [医用工学]

半導体で正しいのはどれか。2 つ選べ。

1．Si に As を添加すると p 型になる。
2．真性半導体のキャリアは正孔が主である。
3．n 型半導体に添加する不純物はドナーである。
4．真性半導体は温度が高くなると抵抗率が低下する。
5．不純物半導体は真性半導体と比較して導電率が低い。

問 78 [医用工学]

半導体で正しいのはどれか。２つ選べ。(複数回３つ)

1．比抵抗値は 10^-8〜10^-4 Ω･m である。
2．温度が上昇すると抵抗値が低くなる。
3．N 型半導体の多数キャリアは正孔である。
4．真性半導体には電子と正孔が同数存在する。
5．純度の高い材料は微量の不純物によって導電率が変化する。

問 66 [医用工学]

真性半導体の絶対零度におけるエネルギーバンド構造で正しいのはどれか。 2 つ選べ。

1．伝導帯は空帯となっている。
2．禁制帯にキャリアは存在しない。
3．禁制帯の幅は絶縁体より大きい。
4．価電子帯の電子は電流に寄与する。
5．フェルミ準位は価電子帯に存在する。

問 77 [医用工学]

半導体で誤っているのはどれか。

1．絶対零度ではキャリアは存在しない。
2．真性半導体では自由電子と正孔の数は等しい。
3．pn 接合が生成されると電位障壁が形成される。
4．真性半導体に微量のヒ素を混入すると p 形半導体となる。
5．n 形半導体の Fermi<フェルミ>準位は禁制帯中の伝導帯に近い位置となる。

問 77 [医用工学]

半導体の性質で正しいのはどれか。２つ選べ。

1．熱電効果が現れる。
2．磁界によってホール効果が現れる。
3．光照射によって電気抵抗率が高くなる。
4．温度が高くなると電気抵抗率が高くなる。
5．微量不純物の添加量に比例して電気抵抗率が高くなる。

問 75 [医用工学]

1種類のキャリアのみを有する半導体の導電率が102 S･m^-1、移動度が0.36 m2･v^-1･s^-1であるとき、キャリア濃度[m^-3]に最も近いのはどれか。ただし、キャリアの電荷量を1.6 ×10^-19 C とする。

1．4.4 ×10¹⁶
2．5.8 ×10¹⁹
3．1.7×10²¹
4．2.3 ×10²¹
5．6.4 ×10²³

問 77 [医用工学]

半導体ダイオードで正しいのはどれか。

1．ツェナーダイオードは定電流回路に用いられる。
2．発光ダイオードは自由電子と正孔が生成されることで発光する。
3．ショットキーダイオードは金属と半導体の接触により整流作用を示す。
4．バラクタダイオードは空乏層の幅により自己インダクタンスを変化させる。
5．ホトダイオードは光により自由電子と正孔が再結合することで逆電流になる。

問 67 [医用工学]

IGBT〈絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ〉で誤っているのはどれか。

1．コレクタ電流の大きさを制御できる。
2．MOS FET と比較してオン抵抗が小さい。
3．ゲート、エミッタ及びコレクタの端子を持つ。
4．MOS FET とトランジスタを組合せた構造である。
5．バイポーラトランジスタと比較してスイッチング速度が遅い。