導電体（通常は金属）と非導電体または絶縁体の中間の導電率を持つ材料は、半導体材料（セラミックなど）と呼ばれます。ヒ化ガリウムなどの半導体、またはゲルマニウムやシリコンなどの純粋な元素を半導体として使用できます。
たとえば、ガリウム砒素、ゲルマニウム、シリコンはすべて半導体材料です。ガリウム砒素は太陽電池、レーザー ダイオード、その他のアプリケーションで利用され、シリコンは電子回路の構築に使用されます。
半導体には正孔と電子が含まれています。
半導体の電荷キャリアには、電流の流れを担う正孔と電子が含まれます。正に帯電した電荷キャリア (価電子) を持つ原子は正孔と呼ばれ、電子は負に帯電した粒子です。大きさで測定すると、電子と正孔はどちらも同じですが、極性は逆です。
電子と正孔の移動度はどちらも重要です。
電子は正孔よりも半導体内で移動度が高いのは事実です。バンド構造と散乱メカニズムの違いが主な理由です。
伝導帯は電子が移動する場所であり、価電子帯は正孔が移動する場所です。正孔は動きが制限されているため、電場の存在下では電子のように自由に移動できません。半導体の正孔形成は、電子が内殻から上殻に持ち上げられることによって引き起こされます。これは、電子が内殻から上殻に持ち上げられることによって引き起こされます。正孔は、原子核によって大きな原子間力を受けるため、電子よりも移動度が低くなります。
半導体とバンド理論
バンド理論が最初に提案されたのは、科学における量子革命の最中でした。エネルギー バンドは、Walter Heitler と Fritz London によって発見されました。周知のように、原子内の電子は原子全体でさまざまなエネルギー準位に存在します。バンド ギャップは、電子を含まないエネルギーの範囲を表す連続したバンド間のスペースとして定義されます。
半導体には、伝導帯と価電子帯という 2 つの異なるバンドがあります。
価電子帯:
価電子のエネルギー準位を含むエネルギーバンドです。その特定のエネルギー バンドは、最も人口密度が高いです。半導体のバンドギャップは、絶縁体に比べて狭いです。これにより、価電子帯の電子が外部エネルギーにさらされると伝導帯に遷移し、電気を伝導できるようになります。
伝導帯:
これは、電磁スペクトルで最も低い非占有帯域であり、本来正 (正孔) または負 (自由電子) のいずれかである電荷キャリアのエネルギー レベルを構成します。伝導電子の存在により、電流が発生します。高いエネルギー準位を持っていますが、伝導帯はほとんどの場合、本質的に空です。半導体では、価電子帯からの電子が伝導帯に受け入れられます。
半導体のフェルミ準位とは何ですか?それはどのように機能しますか?
価電子帯と伝導帯の間には、フェルミ準位 (記号 EF で示されます) があります。絶対ゼロでは、占有エネルギー準位の最大の割合が利用されている分子軌道です。この状態は、電荷キャリアがそれぞれ独自の量子状態を持ち、ほとんどの場合、互いに相互作用しないという事実によって定義されます。温度が絶対零度を超えると、電荷キャリアはフェルミ準位を超える状態を占め始めます。
空状態の密度は p 型半導体で増加します。これは、半導体がより導電性になっていることを示しています。したがって、より低いエネルギー準位は、より多くの電子を収容することができる。一方、n 型半導体では状態密度が増加し、より高いエネルギーでより多くの電子を収容できるようになります。
半導体には固有の特性があります
電流は、好ましい環境または好ましい条件下で半導体によって伝導されます。そのユニークな機能に加えて、状況が必要なときに制御された方法で電気を伝導するための優れた材料です.
導体とは対照的に、半導体の電荷キャリアは、外部エネルギー (電気など) の存在 (熱攪拌) の結果としてのみ生成されます。このため、特定の数の価電子がエネルギーギャップを越えて伝導帯に飛び込み、価電子の軌道に同じ数の空のエネルギー状態または正孔が生じます。電子または正孔のいずれかが伝導を引き起こし、両方が重要です。
温度は半導体の抵抗にどのように影響しますか?
導体と半導体では、抵抗率の違いは、2 つの材料の電荷キャリアの密度の違いに関連しています。
温度の上昇に伴う電荷キャリア数の急速な増加により、半導体の抵抗率は温度とともに低下し、分数変化または温度係数が負になります。
半導体の重要な特性の例:
温度が 0 ケルビンのとき、半導体は絶縁体のように振る舞います。物質は温度が上がると導体になります。並外れた電気的特性を利用するために、半導体をドーピングによって操作して、エネルギー変換、スイッチ、および増幅器に適した半導体デバイスを製造することができます。電気エネルギーの損失を低減。小型軽量の半導体は、多くのアプリケーションに適しています。導体と比較して、抵抗率が高くなります。それでも、それは絶縁体よりも低いです。温度が上昇すると、半導体材料の抵抗が減少し、その逆も同様です。
衝突によって引き起こされる温度の上昇に応じて、少数の電子が束縛されなくなり、格子を自由に移動できるようになり、それまで電子が存在していた場所 (穴) がなくなります。半導体内での電気の伝導中に、これらの自由電子と正孔が役割を果たします。負方向と正方向の両方の電荷キャリアの数は同じです。熱エネルギーを加えることで、格子内のいくつかの原子をイオン化することができます。その結果、伝導率が低下します。
半導体の用途は数多くあります。
半導体が日常生活でどのように使われているかを見てみましょう。ほとんどの電子機器は、その動作を半導体に依存しています。彼らがいなかったら、私たちの生活は大きく変わっていたでしょう!
信頼性、コンパクトさ、低コスト、制御された電気伝導性により、幅広い用途のさまざまなコンポーネントやデバイスでの使用に適しています。半導体は、トランジスタ、ダイオード、フォトセンサー、マイクロコントローラー、統合チップなど、さまざまなデバイスの製造に使用されています。
半導体は、日常生活のさまざまな用途で使用されています。
半導体デバイスは、温度センサーの製造に使用されます。
3D 印刷機では、それらが採用されています。
これらの要素は、マイクロチップと自動運転車に見られます。
この用語は、電卓や、ソーラー プレート、コンピューター、コンピューターなどのその他の電子機器で使用されます。
半導体は、電気回路のスイッチであるトランジスタや MOSFET の製造に使用されます。
結論
半導体の電荷キャリアには、電流の流れを担う正孔と電子が含まれます。正に帯電した電荷キャリア (価電子) を持つ原子は正孔と呼ばれ、電子は負に帯電した粒子です。半導体は、トランジスタ、ダイオード、フォトセンサー、マイクロコントローラー、集積チップなど、さまざまなデバイスの製造に使用されています。伝導帯は電子が移動する場所であり、価電子帯は正孔が移動する場所です。正孔は動きが制限されているため、電場の存在下では電子のように自由に移動できません。
