アクセプタ：物理学解体新書

アクセプタとは

真性半導体にⅢ族やⅤ族の元素を混入すると、半導体の性質が大きく変化する。
半導体の性能をアップさせるために混入する元素を不純物という。
一般に不純物という言葉にはマイナスのイメージがあるが、半導体の場合は必要な物質なのだ。

不純物にはドナーとアクセプタの二種類がある。
ドナーは自由電子を供給し、アクセプタは正孔(ホール)を供給する。

Si(シリコン)等、真性半導体を構成する元素は４個の電子で周囲の元素と共有結合している。
熱の影響で電子が共有結合から外れるとホールが生まれる。

このため、真性半導体の中では自由電子とホールがは同数だ。

3価の元素であるB(ホウ素)を少量、真性半導体に混入すると、周囲のSi(シリコン)と共有結合するが、その中の一つが不完全になる。
最外殻の電子が３個しかないためだ。

この不完全な共有結合を補うために、周囲の共有結合から電子が移転してくる。
今度は移転元の共有結合が不完全になるのでさらに他の共有結合から電子が移転してくる。
このように電子の移転が繰り返すごとに、電子の抜けた穴が移動する。

この電子の抜けた穴が正孔(ホール)だ。
自由電子を確保し正孔(ホール)を生成する元素をアクセプタという。

アクセプタを混入させた半導体中では、自由電子に比較して正孔(ホール)が過剰になる。最初から電子が不足しているから当然だ。

電流の担い手をキャリアという。
半導体中には、負電荷を担う自由電子と正電荷を担う正孔(ホール)の二つのキャリアがある。

真性半導体では自由電子と正孔(ホール)がキャリアだ。
しかし、アクセプタを混入した半導体では正孔(ホール)が過剰になる。

アクセプタを含む半導体がp型半導体だ。

2005/06/01
2010/03/07