タイトルのとおりです。
全く同じ印加電圧で温度のみを変化させた場合、空乏層はどうなるのでしょうか。

A 回答 (2件)

温度が上がるって亊はその分子の振動が激しくなることを意味しますよね。


加速された電子は分子にぶつかって(実際にはぶつからないけど)速度を失います。
分子の振動が激しいほど電子はぶつかり易くなり電子の移動量は少なくなる。
つまり抵抗が大きくなったってこと。
温度特性はドープした不純物の素材、深度、拡散傾向、膜厚で様々、
一般式は教本開いた方がわかりやすいでしょう。
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この回答へのお礼

どうもご親切にありがとうございます。
一般式については参考書を参考にさせていただきます。

お礼日時:2001/01/19 15:48

電荷は温度パラメータに依存しないから空乏層の層そのものは変化無しでは?


分子の振動量が大きくなるのでソースードレイン間の抵抗値は大きくなります。
T-CADでシュミレーションしてみると良いでしょう。
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この回答へのお礼

早速のお返事、ありがとうございます。
しかし何故MOSのオン抵抗の温特について考えてると分かったんですか?
あまりにほしい回答そのものだったんで、驚嘆してしまいました。

ちょっと補足で教えていただきたいことがあるんですけど、具体的にどう言う関係の式でオン抵抗は温特を持つんでしょうか。
できれば、教えていただきたいのですが...

お礼日時:2001/01/18 04:10

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Q金属、半導体の抵抗の温度変化について

金属は温度が高くなると抵抗が大きくなり、半導体は温度が高くなると抵抗が小さくなるということで、理論的にどうしてそうなるのでしょうか。
金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?
半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。
あと自分で調べていたところ「バンド理論」というのを目にしました。
関係があるようでしたらこれも教えて頂くとありがたいです。

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体の中において金属の自由電子に相当するものは、電子とホールです。この2つは電流を担う粒子ですので、「キャリア」(運ぶ人)と言います。
ホールは、半導体物理学においてプラスの電子のように扱われますが、その実体は、電子が欠けた場所のことを表す「穴」のことであって、おとぎ話の登場人物です。
電子の濃度とホールの濃度に違いがあったとしても、一定の温度においては、両者の濃度の積は一定です。
これは、水溶液において、H+ と OH- の濃度の積が一定(10^(-14)mol^2/L^2)であるのと実は同じことなのです。

中性の水溶液の温度が高くなると、H2O が H+ と OH- とに解離しやすくなり、H2O に戻る反応が劣勢になります。
それと同様に、真性半導体においても、温度が上がると電子とホールが発生しやすくなるのに比べて、両者が出合って対消滅する反応が劣勢になるため、両者の濃度の積は増えます。
キャリアが増えるので、電流は流れやすくなります。

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体...続きを読む

Qダイオードの温度特性について

ダイオードは温度が高くなると、順方向電圧Vdが小さくなる特性を持ち、その傾きは-2mV/℃といわれています。

トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
下記の値を入れて計算すると絶対温度Tが上昇するとVdも上昇する式になってしまいます。
どうしてでしょうか?

Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
  = 1.785e-3*T

K:ボルツマン定数=1.38e-23[J/K]
q:電子の電荷:=1.602e-19[c]
Id:順方向電流=1e-3[A]
Is:飽和電流=1e-14[A]
T:絶対温度

Aベストアンサー

 
 
 以下、Vd,Id の d は省略します、 (q*V/(k*T)) などは (qV/kT) と略記します、 温度Tは300Kとします。


>> トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
<<


 ここはぜひ、その式の元の形である
  I = Is・exp(qV/kT) …(1)
の式で覚えてください。半導体の理論は根底が exp(エネルギ/熱エネルギ) という関数から出発してるので、この形で慣れておけば 将来ともお得です。
 で、
Is 自体も exp(-Eg/kT) 的な電流です。 Egはシリコンのバンドギャップエネルギ、kTは温度Tの熱エネルギです。 Is の成分の詳細説明は専門書にゆずるとして、大局的には
  Is = A・exp(-Eg/kT) …(2)
と書けます。
係数 A は今は定数とします。(2)を(1)に入れると、
  I = A・exp(-Eg/kT)・exp(qV/kT) …(3)
両辺をAで割って 両辺を対数取って V=の形にすると、
  V = (1/q){ kT・ln(I/A)+Eg } …(4)
あなたが載せたVdの式より 少し詳しく求まりました。


 さて、
温度係数の定義は 『Tだけが変化する』 です。そのとき I は(何らかの手段で)一定に保たれてるとします。すると(4)式はT以外すべて定数となるので単純に微分できて、
  ∂V/∂T = (1/q)k・ln(I/A) …(5)
これが疑問への答です。これに(3)式を入れると、
  ∂V/∂T = (1/T){ V-Eg/q } …(6)
温度とバンドギャップと電子電荷だけの式になりました。Eg/q は次元が電圧で、バンドギャップ電圧と呼ばれたりします、その値はシリコンで約 1.11[V] です、この機会に暗記しましょう。(6)式を言葉で書くと

  温度係数=(順電圧-1.11 )÷温度 …(7)
  温度300k,順電圧 0.65V のとき、-1.5 mV/K ほど。
  温度300k,順電圧 0.51V のとき、-2 mV/K ほど。

変動は、電流が小さいほど(=順電圧が小さいほど)□□く、高温ほど□□いんですね。このように 使用温度、使用電流、品種、製造ロットによって変わるものなのだ、と覚えてください。



 余談;
詳しく言えば切りがないのですが、 Egそのものも温度Tの関数です。係数Aは回路シミュレータでは温度の3乗がよく使われます。SI単位系に慣れましょう。
それから、他人が書いた式を眺めてるだけでは自分の力が付きません、ぜひ式変形を自分の手で最後までやってみましょう。
 
 

 
 
 以下、Vd,Id の d は省略します、 (q*V/(k*T)) などは (qV/kT) と略記します、 温度Tは300Kとします。


>> トランジスタ設計の本や関連HPを見るとダイオードの特性は下記の式になっていますが、
Vd = ((K*T)/q)*ln(Id/Is)
<<


 ここはぜひ、その式の元の形である
  I = Is・exp(qV/kT) …(1)
の式で覚えてください。半導体の理論は根底が exp(エネルギ/熱エネルギ) という関数から出発してるので、この形で慣れておけば 将来ともお得です。
 で、
Is 自体も exp(-Eg/kT) 的な電流...続きを読む

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Qダイオードの拡散電位について

ダイオードの電流-電圧特性から測定した拡散電位が720mVでした。
そして、このダイオードに逆方向バイアスしてコンデンサとしての容量-電圧特性で割り出した拡散電位の値が400mVでした。
このダイオードが傾斜形接合をしている…ということまでは分かったのですが…。

この拡散電位の違いは何なのでしょう?測定ミスでしょうか…。
どなたかご存知の方、教えていただけないでしょうか?

Aベストアンサー

拡散電位 Vb は、電流-電圧特性の立上がり電圧にほぼ一致します。この電圧は半導体のバンドギャップエネルギーが大きいほど大きくなります。Si では 0.6~0.7V、Ge では0.3V程度になります。Siダイオードで実験しているのなら、Vb = 720mV のほうがもっともらしい値です。容量-電圧特性から求めた Vb が間違っている可能性があります。

>このダイオードが傾斜形接合をしている…ということまでは分かった
傾斜接合なら、 1/(容量^3) と バイアス電圧 V の関係は、以下のように、V < 0 の領域で直線になるはずです。

     1/(容量^3)
 \    ↑
   \  │
     \|
       |・
       |  ・
 ――――┴――-・―→ V
 V < 0   0    Vd

この直線を 0 < V 側に延長して横軸と交わる点の電圧が 拡散電圧 Vd になります。実験は V < 0 の領域でされていると思いますが、V が 0V に近い領域では他の要素(拡散容量)の影響が出てくるので、逆バイアスが充分深い領域( V << 0 )で測定したデータを使って Vb を求めたほうがいいです。傾斜接合なら、グラフの縦軸は 1/C^2 でなく 1/C^3 ですが、これは間違っていませんね?

>電流-電圧特性から測定した拡散電位が720mVでした
ダイオードの飽和電流 Is [A] と拡散電位 Vb [V] の関係は
   Is = S*A*T^2*exp{ -q*Vb/( k*T ) }
   → Vb = ( k*T/q )*ln( S*A*T/Is )
で表わされます。S は接合の断面積 [m^2]、A はリチャードソン定数 [A/m^2/K^2]、T は接合温度 [K]、q は電子の電荷 [C]、k はボルツマン定数 [J/K] です。リチャードソン定数は半導体中の電子の有効質量に比例するので、有効質量の見積もりが誤っていると計算される Vb が違ってきます。

拡散電位 Vb は、電流-電圧特性の立上がり電圧にほぼ一致します。この電圧は半導体のバンドギャップエネルギーが大きいほど大きくなります。Si では 0.6~0.7V、Ge では0.3V程度になります。Siダイオードで実験しているのなら、Vb = 720mV のほうがもっともらしい値です。容量-電圧特性から求めた Vb が間違っている可能性があります。

>このダイオードが傾斜形接合をしている…ということまでは分かった
傾斜接合なら、 1/(容量^3) と バイアス電圧 V の関係は、以下のように、V < 0 の領域で直線になるはず...続きを読む

Qキャリアの移動度と温度依存性について

キャリア密度は温度依存性がある理由は分かったのですが、なぜ移動度にも温度依存性があるのか分かりません。

どなたか回答お願いします。

Aベストアンサー

移動度と温度の関係は、キャリアの散乱機構によって異なります。
散乱機構には3種類あり、
高温では、結晶格子の熱振動によるものです。
結晶格子の熱振動が激しくなると、電子波が散乱されて移動度が下がります。温度が高かくなるほど熱振動の振幅が大きくなるので、移動度は小さくなっていきます。

低温では、格子振動は弱まりますが、イオン化不純物による散乱が起こってくるようになります。簡単に言えば、イオン化した不純物の近くをキャリアが通過しようとすると、クーロン力によりキャリアの軌道が曲げられてしまいます。不純物密度が高いほど移動度は小さくなっていきます。しかし、温度が上昇すると、速度の大きいキャリアは、すり抜け、平均速度は大きくなるため、偏向の割合が少なくなるので、移動度は増加していきます。
逆に言えば、キャリア密度が小さいときに、温度が高くなると移動度の減少の割合は大きくなります。

密度と温度の両方が関係してきますので、説明が分かりにくいかもしれません。

最後に中性の不純物によってもキャリアの散乱は受けますが、この場合の移動度は温度にはよらないことが示されています。

散乱機構と移動度の関係式

格子振動∝m*^(-2/5)・T^(-3/2)
イオン化不純物∝m*^(-1/2)T^(3/2)
中性不純物∝m*

m*:有効質量
T:絶対温度

移動度と温度の関係は、キャリアの散乱機構によって異なります。
散乱機構には3種類あり、
高温では、結晶格子の熱振動によるものです。
結晶格子の熱振動が激しくなると、電子波が散乱されて移動度が下がります。温度が高かくなるほど熱振動の振幅が大きくなるので、移動度は小さくなっていきます。

低温では、格子振動は弱まりますが、イオン化不純物による散乱が起こってくるようになります。簡単に言えば、イオン化した不純物の近くをキャリアが通過しようとすると、クーロン力によりキャリアの軌道が曲げら...続きを読む

QMOS トランジスタのVTHの計り方

ずぶの素人です。MOSトランジスタを単体でシミュレーション動作させてその時のVTHを測りたいのですがどのような回路でどのようにシミュレーションさせて測定すればいいのかさっぱりわかりません。
シミュレーターはspectreを想定しています。更に具体的に言うとspectreネットリストにdelvt0を設定してそのパラメーターが正常に効いているかどうかを確認したいと考えています。いろいろネットを検索してみたのですがよくわかりません。どなたかご指導下さい。

Aベストアンサー

spectreは持ってませんのでフリーのspiceシミュレータLTSpiceを使った例で説明します。(こちら http://yahoo.jp/box/zPv9l6 にアップした資料を参照して説明します。)

1)回路は資料のようにまず、FETのゲートとソースの間に電圧源(この場合、V_gs)を接続します。またドレインとソースの間には別のDC電源(V1)を接続します。

2)シミュレーション
 まずV_gsを0Vから2Vまでスイープします。資料の場合はV_gsを10mV刻みで増加させてます。
 また、FETのVT0はspecterのようなdelvt0のようなパラメータはLTSpiceでは使えませんのでVT0を変数に設定(Vt0x)してパラメトリック・プロット機能を使ってVt0を0.5Vから1.5Vまで0.5V刻みで変化させています。

 シミュレーション結果は横軸がゲート-ソース間電圧Vgsを縦軸はドレイン電流Id(M1)を表しています。

specterを使っての説明ではないので分かりづらいかもしれませんが...


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