半導体は、導体と絶縁体の中間の導電性を有する材料です。これらの小型デバイスはあらゆる電子機器に組み込まれており、今日の社会に影響を与えています。ほとんどの半導体はシリコンで構成されていますが、共通の特性を持つゲルマニウムも使用できます。半導体とはダイオード、LED、トランジスタのことです。
手術
シリコンは価殻に 4 つの電子を持ち、隣接する原子と 4 つの結合を確立して結晶格子を形成します。すべての電子は共有結合を確立するため、移動できず、したがって電流を流すことができません。したがって、純粋なシリコンの導電率はゼロに近くなります。この条件は次の 2 つの方法で変更できます。
温度の変化: 低温では、シリコンの価電子帯には電子で満たされた層が存在します。温度が上昇すると、最後の層の電子が結合から「解放」され、電流を流すことができる自由電子になります。
ドーピングプロセスでは、不純物と呼ばれるシリコン以外の物質を追加します。このプロセスにより、電荷キャリアの濃度を制御し、材料の電気的特性を変更することが可能になります。
ドーピングの種類
ドーピングには N または P の 2 つのタイプがあります。
タイプ N – リンまたはヒ素原子がシリコンに追加されます。これらの元素は価殻に 5 つの電子を持っていますが、シリコン結晶格子に追加されると、これらの電子すべてが結合を確立することはできません。したがって、負の電荷を持つことを特徴とする自由電子が存在するため、N という名前が付けられています。これらの不純物が少量含まれていると、電流を確立するのに十分な自由電子がすでに存在します。
タイプ P – 追加される物質はボリウムまたはガリウムです。これらの元素の最後の層には 3 つの元素しかありません。これらの元素がシリコン原子に結合すると、電流の通過を可能にする「穴」、つまり電子の欠如が残ります。この不在には正電荷の性質があるため、P という名前が付けられました。