ドナー(donor)
真性半導体にⅢ族やⅤ族の元素を混入すると、半導体の電気的特性が顕著に変化する。
混入する元素を不純物という。
不純物には二種類ある。自由電子を供給するドナーと、ホールを供給する(電子が足りない)アクセプタだ。
ドナーを含む不純物半導体をn型半導体、アクセプタを含むとp型半導体という。
| 混入する不純物 | 元素の族 | 放出するキャリア | 不純物を含む半導体の種類 |
| ドナー | Ⅴ族元素 | 自由電子 | n型半導体 |
| アクセプタ | Ⅲ族元素 | 正孔(ホール) | p型半導体 |
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。
一方、P(リン)等Ⅴ族の元素は最外殻に5個の電子を持っている。
この元素を少量、真性半導体に混入すると、４個の電子で周囲のSiと共有結合するので、電子が１個余分になる。
この余分な電子は、微少なエネルギーで容易にPから離脱し自由電子になる。
このように共有結合に寄与しない電子を、自由電子として放出する元素をドナーという。
余談 |
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電子を放出した後のドナーは、マイナスの電荷を失ったので、プラスイオンになる。
共有結合に参加していた電子が自由電子になると、同時にホールも生成される。
ドナーが電子を放出しても、その電子はもともと共有結合に参加していなかったので、ホールは生成されない。
従って、ドナーを混入させた半導体中では、正孔(ホール)に比較して自由電子が過剰になる。
(真性半導体において自由電子と正孔(ホール)は同数だ。)
過剰なキャリアを多数キャリアという。
多数キャリアが自由電子である半導体がn型半導体である。
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2005/06/01
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