半導体の誘電率ってどれくらいなんでしょうか?
以下のことと絡めて教えてもらえると幸いです。

・誘電率と伝導率って関連性があるの?
・金属の誘電率が負ってどういう意味?

ヒントだけでも良いのでおしえてください。

A 回答 (1件)

誘電体と伝導体(電気)とは、どのようなものか。

とくに、そこでの電子の動きを考えてみたらいかがでしょうか。
そして半導体では。

この回答への補足

お返事ありがとうございます。

誘電体は、外部からの電位差に対して分極をおこすものですよねえ。
-------- +
/////////////// ← 誘電体
-------- -
のとき、分極によって上下の静電気力が弱まる。
E = (1/4π・ε)・(q/r^2)
だから分極が大きいほど誘電率εは大きくなるんですよねえ。

もし電気伝導体(金属)を誘電体として考えたとしても、分極しそうな気がする
んだけどなあ。

もし伝導率と誘電率が関係あるんなら、考える方法が増えて何とかなる気がしたんです。


またなにか気がついたら教えてください。

補足日時:2001/09/18 15:25
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ですから「誘電」という言葉と「誘電"率"の概念」には隔たりがあるのも無理はありませんね。

なるほど、touch me 8さんが引っかかっているのは「誘電」という表現の方だったのですね。

「誘電率」という概念よりも「誘電体」という言葉が先行しています。絶縁体(=誘電体)をこすると静電気が発生する現象から誘電体という名がついたのでしょう。電流の発見以前の当時「導体⇔絶縁体」という発想自体なかったはずですから、誘電性と絶縁性が本質的に同じ事柄の2つの表象だとわかったのはずっと後のことでしょう。

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↓↓↓
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Aベストアンサー

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Aベストアンサー

電気伝導と、熱伝導は、物性論の教科書をひもとかれれば、理論的にだいたい説明がつくことが割と簡単にご理解頂けるとおもいます。小生は電気伝導性ない(すなわち絶縁体)、熱伝導のよい材料の開発にむかし従事していました。自分の知るかぎり実用化された材料でのチャンピオンデータはBeOでまさに圧勝でした。熱膨張経緯数もアルミナとほぼ同じことから半導体の熱拡散材料として、他に累を見ない材料でしす。ただ、毒性の問題でその使用が相当規制されており、国産されていないため(製造、加工が禁止されている)、相当量米国から輸入されているはずです(米国の一企業の独占)。次にAlNとかSiCが絶縁材料で熱伝導率が高いため注目されていますが、AlNは熱膨張係数が若干小さいこと、SiCはご存じ半導体でBeOを添加して絶縁性を得ていましたが(開発当時は、日本の世界的発明ともてはやされました)、それでもAlN以上に電気特性が良くないこと、それとやはりBeOが問題となり今はあまり使用されていないはず。最初の方がお答えになったダイヤモンドは熱伝導、絶縁性ともに極めて良好ですが、熱膨張係数があまりに小さすぎ、半導体とのミスマッチがひどく、大型チップへの対応ができないため、その用途は極めて限られてているはずです。

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Q半導体工学

p型半導体、n型半導体のそれぞれの場合において、ショットキー接触の場合、金属と半導体のどちら側に正電圧を印加すれば順バイアス状態となりますか??

Aベストアンサー

ショットキー障壁ができるのは、n型半導体では、図1のように、金属の仕事関数 φm が半導体の仕事関数 φs より大きい場合で、電子に対して障壁ができるような状況です。p型半導体では、図2のように、φm < φs の場合で、正孔に対して障壁ができるような状況です。

           金属   n型半導体
  真空準位  ┬   ┬
          |   φs
          φm   ↓
          |     \ ← 電子に対する障壁
 フェルミ準位 ↓___  \ - - - ← 電子
                    ̄ ̄ 伝導帯下端
               \
                 \__ 価電子帯下端

【図1 n型半導体でショットキー接触となる場合】

           金属    p型半導体
   真空準位 ┬    ┬
          |    |   / ̄ ̄ 伝導帯下端
          φm    φs /
 フェルミ準位 ↓___|    __ 価電子帯下端
                |  / ++++ ← 正孔
               ↓/← 正孔に対する障壁

【図2 p型半導体でショットキー接触となる場合】

これらに対して、順バイアスとなるのは、障壁が小さくなる方向にバイアスした場合です。金属-n型半導体系だと、半導体側のエネルギーを上に持ち上げる方向になります(バンド図の上側というは、電子エネルギーを増加させる方向なので、-の電圧を増やす方向)。つまり、金属側に+の電圧を加えるのが順バイアスになります。

金属-p型半導体系はその逆で、半導体側のエネルギーを下に押し下げる、つまり+の電圧を半導体側に加える方向になります。

ショットキー障壁ができるのは、n型半導体では、図1のように、金属の仕事関数 φm が半導体の仕事関数 φs より大きい場合で、電子に対して障壁ができるような状況です。p型半導体では、図2のように、φm < φs の場合で、正孔に対して障壁ができるような状況です。

           金属   n型半導体
  真空準位  ┬   ┬
          |   φs
          φm   ↓
          |     \ ← 電子に対する障壁
 フェルミ準位 ↓___  \ - - - ← 電子
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Q半導体の複素誘電率

一般に複素比誘電率εr*=εr'+jεr''と書けεr',εr''及び導電率σと光学定数(複素屈折率N=n+jk(屈折率n,消衰係数k))の間には,εr'=n^2-k^2,εr''=2nk,σ=-2ωε0nk(ε0は真空の誘電率,ωは用いる複素屈折率に依存する光の波長より求めた角周波数)の関係が成り立ちます.σ=-2ωε0nkの関係はマクスウェルの方程式で
∇×H=jωε0εrE+σE(J=σE)
と複素比誘電率を考慮した時の
∇×H=jωε0εr*E==jωε0(εr'+jεr'')E
とを比較して得られたものです.
そこで,半導体の複素屈折率(例えばGeSbTeでは波長780nmでN=6.9-j2.6)がわかっている時,上の関係を用いて誘電率及び導電率を求めてもよいのでしょうか?

Aベストアンサー

 それで良いですよ。
Nからεr'とεr"はすぐ求まるし、
 εr" = σ/(ωε0)
からσも。
君が書いてないωの式さえ間違いなければ。


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