電子デバイス
問題一覧
1
半導体
2
許容帯
3
空乏帯, 伝導帯
4
禁制帯, 禁止帯
5
価電子帯, 充満帯
6
バンドギャップエネルギー
7
半導体
8
伝導電子, 正孔
9
自由電子
10
半導体
11
不確定性原理
12
波束
13
無限種類の周波数
14
群速度
15
位相速度
16
シュレディンガー方程式
17
p/m, p/2m
18
状態密度
19
高くなる
20
パウリの排他律
21
電子がある状態に入る確率, 状態密度
22
ボーア半径, 量子数の二乗
23
53
24
量子数に応じた離散的な軌道
25
-13.6, n^2
26
主量子数, K, L, M
27
方位量子数, s, p, d
28
スピン量子数
29
磁気量子数, 2l+1
30
2n^2
31
n^2, 1/n^2
32
閉殻, 価電子
33
バンド構造
34
エネルギーを与える, エネルギーを放出する
35
フェルミエネルギー
36
許容帯の途中
37
禁止帯中
38
1240/λ
39
真性半導体
40
ブルリアン帯
41
直接ギャップ半導体, 間接ギャップ半導体
42
有効質量
43
電子のエネルギーをtで微分したもの
44
求めた
45
求めた
46
キャリア
47
真性半導体, 外因性半導体
48
真性半導体, 外因性半導体ドナー, 外因性半導体アクセプター
49
ドナー, アクセプター
50
キャリア密度
51
ボルツマン分布
52
求めた
53
半導体
54
見た
55
状態密度, 存在確率
56
覚えた
57
覚えた
58
真性キャリア密度
59
電子のキャリア密度, 正孔のキャリア密度, 実行状態密度, 実行状態密度
60
真性フェルミ準位
61
一定質量作用の法則
62
自由電子が存在し、電圧をかけると電気が流れる。 価電子帯が全て満たされている状態ではないため、少しのエネルギーを 与えると、価電子は自由に動くことができる。, 価電子が価電子帯を満たしているため（充満帯）、少しのエネルギーを 与えてもでは電子は動かない。価電子にバンドギャップエネルギー以上の エネルギーを与える（励起する）と、価電子はエネルギーの高い伝導帯に 移り、伝導電子となる。 この伝導帯は空乏帯となっており、最初に電子は存在しないため、 励起された電子は自由に動くことができる伝導電子となる。 このため、伝導電子あるいは、価電子帯中の電子の穴である正孔ができる ことにより、電気が流れる。
63
回答
64
次
65
解答
66
次
67
単位体積、単位エネルギーあたりに占める電子の状態の数, ある電子状態に電子が存在する確率
68
10
69
次
70
413nmの青色, 1.46eV
71
不純物が無視できる半導体(材料が純粋な場合)では、電気伝導に寄与するキャ リアは、価電子帯から伝導体に熱的に励起された電子と価電子帯にできた同数の 正孔である。このような半導体を真性半導体という。, これに対して不純物から励起された電子や正孔がおもなキャリアとなるもの,た とえばn型あるいはp型半導体を外来型または外因性半導体という。同じ試料でも、 高温では真性半導体として作用し,低温では外因性半導体として作用することが 多い。
72
キャリアの流れやすさを示す物理量, 移動度は有効質量の逆数に比例するので、有効質量が大きいキャリアは移動度が低い
73
半導体の種類によってバンド図が異なる(結晶性が異なる)。 結晶性が異なると、周期しが異なるため、バンド図のエネルギーも異なる値を持つ。 式からバンド図(E-k図)の2階微分の値に逆比例し、半導体の種類に応じて有効質量が 異なる値を持つ。
74
真性半導体は、不純物を含ますず、 伝導電子と正孔は価電子帯からの励起により同数発生する。 外因性半導体は、不純物を含み、結合における電子の過不足により、キャリアを生じる。 このため、不純物がドナーの場合には電子が多数キャリアとなり、アクセブターの場合には正孔が多数キャリアとなる
75
<真性半導体>→温度の影響は小さく、伝導帯と価電子帯のほぼ中間, <n形半導体> →不純物の影響により、温度に対して大きく変化
76
回答
77
実際には電子や正孔はバンドに分布して色々なエネルギーを持つが、励起されている電子や正孔の数に着目すると、「実効的」に伝導帯の底や価電子帯の頂上のエネルギーE EvとフェルミレベルErの差だけで決まっているように見える。
78
ドリフト電流:外部電場の印加により駆動される平均的な電子の流れ, 拡散電流:キャリア密度の濃度勾配(差)による電子の流れ
79
電子密度の出入りの収支を表す式
80
半導体を接合する →n形の多数キャリア(伝導電子)とp形の多数キャリア(正孔)がそれぞれ拡散 →接合界面にキャリアが存在しない空乏層が形成される 空乏層n形側:伝導電子が不足し、ドナーイオンが固定されているため、正に帯電する。 空乏層p形側:正孔が不足し、アクセプターイオンが固定されているため、負に帯電する。 →空乏層は正と負に帯電した層が重なり合った電気二重層を形成し、内蔵電場が生まれ、電位差(拡散電位または電位障壁)が発生する(逆向きのドリフト電流も発生)。 熱平衡状態では正味の電流は0であり、拡散電流とドリフト電流が釣り合い、pn接合全体のフェルミ準位が一定となる。
81
順バイアス 電位障壁が小さくなり、拡散電流が流れる (1)の接合時の拡散電流と同じ, 逆バイアス 逆バイアスにより電位障壁が大きくなる(順方向への拡散電流は起きない) 界面でのキャリア密度の低下により、キャリアが供給される(空乏層が拡大する) 拡散とドリフトにより、微弱な電流が流れる 順バイアスとは逆向きに、キャリアが流れる
問題一覧
1
半導体
2
許容帯
3
空乏帯, 伝導帯
4
禁制帯, 禁止帯
5
価電子帯, 充満帯
6
バンドギャップエネルギー
7
半導体
8
伝導電子, 正孔
9
自由電子
10
半導体
11
不確定性原理
12
波束
13
無限種類の周波数
14
群速度
15
位相速度
16
シュレディンガー方程式
17
p/m, p/2m
18
状態密度
19
高くなる
20
パウリの排他律
21
電子がある状態に入る確率, 状態密度
22
ボーア半径, 量子数の二乗
23
53
24
量子数に応じた離散的な軌道
25
-13.6, n^2
26
主量子数, K, L, M
27
方位量子数, s, p, d
28
スピン量子数
29
磁気量子数, 2l+1
30
2n^2
31
n^2, 1/n^2
32
閉殻, 価電子
33
バンド構造
34
エネルギーを与える, エネルギーを放出する
35
フェルミエネルギー
36
許容帯の途中
37
禁止帯中
38
1240/λ
39
真性半導体
40
ブルリアン帯
41
直接ギャップ半導体, 間接ギャップ半導体
42
有効質量
43
電子のエネルギーをtで微分したもの
44
求めた
45
求めた
46
キャリア
47
真性半導体, 外因性半導体
48
真性半導体, 外因性半導体ドナー, 外因性半導体アクセプター
49
ドナー, アクセプター
50
キャリア密度
51
ボルツマン分布
52
求めた
53
半導体
54
見た
55
状態密度, 存在確率
56
覚えた
57
覚えた
58
真性キャリア密度
59
電子のキャリア密度, 正孔のキャリア密度, 実行状態密度, 実行状態密度
60
真性フェルミ準位
61
一定質量作用の法則
62
自由電子が存在し、電圧をかけると電気が流れる。 価電子帯が全て満たされている状態ではないため、少しのエネルギーを 与えると、価電子は自由に動くことができる。, 価電子が価電子帯を満たしているため（充満帯）、少しのエネルギーを 与えてもでは電子は動かない。価電子にバンドギャップエネルギー以上の エネルギーを与える（励起する）と、価電子はエネルギーの高い伝導帯に 移り、伝導電子となる。 この伝導帯は空乏帯となっており、最初に電子は存在しないため、 励起された電子は自由に動くことができる伝導電子となる。 このため、伝導電子あるいは、価電子帯中の電子の穴である正孔ができる ことにより、電気が流れる。
63
回答
64
次
65
解答
66
次
67
単位体積、単位エネルギーあたりに占める電子の状態の数, ある電子状態に電子が存在する確率
68
10
69
次
70
413nmの青色, 1.46eV
71
不純物が無視できる半導体(材料が純粋な場合)では、電気伝導に寄与するキャ リアは、価電子帯から伝導体に熱的に励起された電子と価電子帯にできた同数の 正孔である。このような半導体を真性半導体という。, これに対して不純物から励起された電子や正孔がおもなキャリアとなるもの,た とえばn型あるいはp型半導体を外来型または外因性半導体という。同じ試料でも、 高温では真性半導体として作用し,低温では外因性半導体として作用することが 多い。
72
キャリアの流れやすさを示す物理量, 移動度は有効質量の逆数に比例するので、有効質量が大きいキャリアは移動度が低い
73
半導体の種類によってバンド図が異なる(結晶性が異なる)。 結晶性が異なると、周期しが異なるため、バンド図のエネルギーも異なる値を持つ。 式からバンド図(E-k図)の2階微分の値に逆比例し、半導体の種類に応じて有効質量が 異なる値を持つ。
74
真性半導体は、不純物を含ますず、 伝導電子と正孔は価電子帯からの励起により同数発生する。 外因性半導体は、不純物を含み、結合における電子の過不足により、キャリアを生じる。 このため、不純物がドナーの場合には電子が多数キャリアとなり、アクセブターの場合には正孔が多数キャリアとなる
75
<真性半導体>→温度の影響は小さく、伝導帯と価電子帯のほぼ中間, <n形半導体> →不純物の影響により、温度に対して大きく変化
76
回答
77
実際には電子や正孔はバンドに分布して色々なエネルギーを持つが、励起されている電子や正孔の数に着目すると、「実効的」に伝導帯の底や価電子帯の頂上のエネルギーE EvとフェルミレベルErの差だけで決まっているように見える。
78
ドリフト電流:外部電場の印加により駆動される平均的な電子の流れ, 拡散電流:キャリア密度の濃度勾配(差)による電子の流れ
79
電子密度の出入りの収支を表す式
80
半導体を接合する →n形の多数キャリア(伝導電子)とp形の多数キャリア(正孔)がそれぞれ拡散 →接合界面にキャリアが存在しない空乏層が形成される 空乏層n形側:伝導電子が不足し、ドナーイオンが固定されているため、正に帯電する。 空乏層p形側:正孔が不足し、アクセプターイオンが固定されているため、負に帯電する。 →空乏層は正と負に帯電した層が重なり合った電気二重層を形成し、内蔵電場が生まれ、電位差(拡散電位または電位障壁)が発生する(逆向きのドリフト電流も発生)。 熱平衡状態では正味の電流は0であり、拡散電流とドリフト電流が釣り合い、pn接合全体のフェルミ準位が一定となる。
81
順バイアス 電位障壁が小さくなり、拡散電流が流れる (1)の接合時の拡散電流と同じ, 逆バイアス 逆バイアスにより電位障壁が大きくなる(順方向への拡散電流は起きない) 界面でのキャリア密度の低下により、キャリアが供給される(空乏層が拡大する) 拡散とドリフトにより、微弱な電流が流れる 順バイアスとは逆向きに、キャリアが流れる