半導体の基礎的なことについての質問です。
pn接合や表面準位を考慮したバンド構造を考えるとき
平衡状態に達したときはフェルミエネルギーが一致するよう
なバンド構造になりますが、なぜなのでしょうか?
またpn接合のときフェルミエネルギーは一定でドナー準位や
アクセプタ準位が場所に変動する理由がよく分かりません。
よろしくお願いします。

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A 回答 (2件)

pn接合を作ると、n型半導体の電子がp型半導体へ拡散し、p型半導体の正孔がn型半導体へ拡散します。

これは高濃度から低濃度の流れなので、pn接合でなくても、高濃度のn型と低濃度のn型の接合でも拡散が起こります。

拡散によって電子が増えたp型半導体は、-電荷が増えて電位が低くなるのでバンドが上がります。ややこしいですが、バンド図というのは下方向が+電位ですので、電子が増えたp型半導体のバンドは上がります。それと同時に、電子が増えたp型半導体のフェルミレベルは、価電子帯近くから伝導帯のほうに上がります。フェルミレベルは電子の存在確率が50%の位置なので、電子が増えればバンドギャップ中の位置は上に上がります。逆に電子の少なくなったn型半導体のバンドは全体に下がり、バンドギャップ中のフェルミレベルの位置は下がります。拡散はpn接合付近で最も多く、接合から遠いところでは起こりにくいので、pn接合付近で最もバンドが傾斜し、接合から遠いほど傾斜は緩くなります。傾斜というのはその部分の電界(電位差/距離)です。その傾斜の向きは拡散を抑える方向になっているので、電子の拡散はどこかで平衡状態に達してそれ以上起こらなくなります。そして最終的にフェルミレベルが水平になるところで拡散が落ち着きます。

今の状況をアニメションで示してくれるサイトがあります(http://kccn.konan-u.ac.jp/physics/semiconductor/ …)。ページ上のスライダを2つめの目盛りのところに動かすと、pn接合ができます(まだ電子の移動はありません)。目盛りを少しずつ右に動かすとn型半導体の電子がp型のほうに移動(拡散)していきます。それ同時にp型のバンドが持ち上がり、傾斜ができます。この傾斜は電子の動きを抑える方向になっているので、傾斜が大きくなるほど拡散が抑制されます。拡散が抑制されればp型にやってくる電子は少なくなるので、あるところでそれ以上傾斜が増えなくなります。スライダを4目盛りのところまで動かしたのがその状態です。スライダを5目盛りのところまで動かすと青い線が出てきますが、それがフェルミレベルで、p型とn型で一直線になっています。ページ一番上の水槽の例にあるように、フェルミレベルを水面の高さだと考えれば、水位の異なる水槽をつないだとき、最終的に水位(フェルミレベル)が水平になるとうのが理解できると思います。このページのアニメでは、接合界面付近のフェルミレベル(破線)が描かれていませんが、n型とp型のフェルミレベルを直線でつないだ線になります。

>pn接合のときフェルミエネルギーは一定でドナー準位やアクセプタ準位が場所に変動する理由
質問の意味はよく分かりませんが、不純物半導体のフェルミレベルの位置が、なぜ不純物濃度によって変わるかという意味ですか?フェルミレベルというのは、その位置で電子の存在確率が50%になるという意味ですから、不純物濃度が低ければバンドギャップの中央に近くなります。不純物濃度が高ければ、不純物レベルの位置にいる電子の数が多いわけですから、フェルミレベルはバンドギャップ中央から不純物レベルのほうに近くなります(不純物濃度が非常に高かったり、不純物レベルが伝導帯に近いとき、伝導帯に励起されている電子が多いので、フェルミレベルは不純物レベルを超えて伝導帯の中にまで入って来ます)。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
平衡状態になったときの、電場が拡散
を抑えているととらえるのですね。よく
分かりました。

お礼日時:2009/05/27 00:05

ANo.1のアニメションのページですが、最初に右上の「スタート」をクリックしてください。

アニメが自動表示され、それが終わると「スライダ」が表示されます。その後、スライダを左端に動かしてから徐々に右に動かしていってください。
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学校の実験で、分巻電動機と複巻電動機の負荷を変化するときの負荷特性を調べる実験をしたのですが・・

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Aベストアンサー

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こんばんは。
変圧器は、1台で使用する場合には問題になりませんが、容量の関係で複数台並列運転させる場合には、単相変圧器の場合極性を一致させる事が必要となります。
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こんなお答えでよろしいでしょうか。

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Aベストアンサー

複巻直流機は,一般に和動複巻として使われます。
すなわち,電機子電流が直巻界磁巻線に流れると磁束が増えるように,
直巻巻線を使います。
電動機の場合は,軸トルクがかかると回転速度を落として直巻特性を得る目的,
発電機の場合は,負荷電流が増えても電機子電圧が下がらないように補正する目的です。


さて,直流電動機の場合,軸トルクがかかって電機子電流が増加すると,
(電源電圧が一定であっても)直巻巻線の抵抗分だけ,電機子電圧は低下します。
内分巻にすると,電圧が下がった分だけ分巻界磁の磁束が少なくなり,
直巻界磁がせっかく磁束を増やそうとしている効果を食ってしまいます。
そこで外分巻にして,分巻き界磁の磁束低下を防止します。

直流発電機の場合,負荷が大きくなって電機子電流が増加すると,
直巻き界磁の外側の電圧は,直巻界磁巻線の抵抗分だけ低下します。
外分巻きにすると,やはり分巻界磁の磁束が減ってしまい,
直巻界磁の効果を食ってしまいます。
そこで内分巻にして,分巻界磁の磁束低下を防止します。

Qpn接合

pn接合のバンド図ですが、熱平衡状態のときはフェルミ準位が一致していて、p型からn型へなだらかにつながってなってますよね?
これはなぜなんですか?
キャリア密度が接合面付近にいくほど高くなっているから・・・?
と思ったのですが、いまいちよくわかりません。
どなたか回答をよろしくお願いします。

Aベストアンサー

思考実験としてn型の半導体とp型の半導体をいま図1のように接続したとします。
Fermi準位とは「電子がどの準位まで詰まっているか」を表す指標です*1。(http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=206257の、siegmundさんのご回答と私の回答を参考にして下さい) バンドダイヤグラムを見ても分かりますように、n型の方は電子(自由電子)が高い準位まで詰まっていますから、自由電子はそれが不足している(Fermi準位の低い)p型に流れ込むことになります。

n型     p型
             ↑エネルギー
━━━━━━━━━伝導帯
────

     ────Fermi準位
━━━━━━━━━価電子帯

図1 pとnを接合した瞬間のバンドダイヤグラム。Fermi準位が一致しない。


さてn型半導体ですが、自由電子が多いとは言ってもその分イオン化したドナーが存在するわけですから、n型領域全体としては本来電気的に中性です。ところがp型と接合したことにより若干の自由電子がp型に移りますから、イオン化したドナーだけが残って接合界面近傍に正の電荷が生じることになります。p型半導体の中も空孔がn型側に移ることにより負の空間電荷が界面近傍に生じます。

  n型      p型
┏━━━━━┳━━━━━┓
┃    +┃ -   ┃
┃    +┃-    ┃
┃   + ┃ -   ┃
┗━━━━━┻━━━━━┛

図2 n型の界面近傍では、自由電子がp型に移ったことにより正に帯電する。


イオン化したドナー/アクセプタに由来する空間電荷の密度分布を図3のようなステップ関数的に近似します。そのつくり出す電界はGaussの法則から簡単に計算でき、さらに電界を積分すれば電位になります。その結果、バンドダイヤグラムは図4のようになります。
図4では空乏層部分のダイヤグラムを直線で描いてありますがこれは図示上の制約からであり、実際には放物線を二つ組み合わせた形状、すなわちakkkさんのおっしゃる「滑らかにつながって成る形状」になります。(図3から電位の計算をすればすぐに分かります)


↑電荷密度
     pn接合
   ┏━┓
   ┃+┃
━━━┛ ┃ ┏━━━
     ┃-┃
     ┗━┛
           →位置

図3 空間電荷の分布



n型  空乏層  p型
      ━━━━伝導帯
     /
━━━━/
──────────Fermi準位   
      ━━━━価電子帯
     /
━━━━/

図4 Fermi準位が一致し、バンドは滑らかに接続


要約すると次のようなことになります。
・n型は自由電子が過剰なので、pn接合を作ると自由電子はp型側に拡散しようとする。
・拡散すると界面近傍で、n型側に正の電荷、p型側に負の電荷が現れる。
・この電荷は界面近傍に、自由電子/正孔の拡散を妨げる方向の電界を作る。
・拡散による流れと電界による流れがつり合ったところで平衡し、両者のFermi準位は一致する。バンドダイヤグラムが滑らかにつながることは、空乏層の空間電荷分布から考えれば理解される。

この辺の話は物性論や半導体の初歩の教科書に「pn接合」として必ず出ていますから、もし上記の説明で不足ならぜひakkkさんご自身でそれらの本を読んでみて下さい。上記の予備知識を持って読めば決して難しくないと思います。

以下はご参考まで。
「pn接合」
http://www.fc.ee.miyazaki-u.ac.jp/fc.ee.HP/6whats-sun/pn-junction.htm

--------
*1 接続した瞬間は非平衡であり、厳密に言えばFermi準位の考え方は使えないことになります。

参考URL:http://www.fc.ee.miyazaki-u.ac.jp/fc.ee.HP/6whats-sun/pn-junction.htm

思考実験としてn型の半導体とp型の半導体をいま図1のように接続したとします。
Fermi準位とは「電子がどの準位まで詰まっているか」を表す指標です*1。(http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=206257の、siegmundさんのご回答と私の回答を参考にして下さい) バンドダイヤグラムを見ても分かりますように、n型の方は電子(自由電子)が高い準位まで詰まっていますから、自由電子はそれが不足している(Fermi準位の低い)p型に流れ込むことになります。

n型     p型
             ↑エネルギ...続きを読む

QVVVFインバーターってなんですか?

できれば初心者にもわかるような説明(何も知らない人に「VVVFってなに?」って聞かれて答えられるようになりたい)お願いします。

またなんのためにこれはあるのでしょうか?

Aベストアンサー

質問者様こんにちは
VVVFとはすでにNo.1さんが書かれたとおりです。
昔、小学校でモーターの電圧と回転数の関係を理科の時間でやったことがあると思います。またはモーターの変わりに豆電球かもしれませんが。
ここで、思い出してください。電池1個1.5Vの時と電池を2つを直列につないで、3Vとしたとき、豆電球の明るさ、またはモーターの回転数はどうなるかというと、電圧を高くしたほうが(明るく)もしくは(回転数があがる(早く回る))様になります。
これは電圧と明るさ(もしくは回転数)が比例関係にあります。
直流(DC)のモーターは単純に電圧を変えてやることが回転数を変化させることができるとなんとなく判るかと思います。
ただ、直流モーターの場合、中に回転子とそれに電気を供給するためにブラシがあります。詳しい構造とかの説明は省きますが、構造が複雑なのと、摩擦部分があるので、保守に手間がかかります。
それに対して、交流モーターですが、回転子を鳥かごの様な状態にして(この回転子に電気を供給する必要はありません。)その周りに90度異なる位置にコイルを設け、それぞれのコイルにかかる電圧をずらして供給してやります。(この電圧のずれを”位相”といいます。)
位相をずらしてやるには、片方のコイルだけコンデンサを挿入すれば、単純に90度位相のずれた状態で電圧が加わります。回転子をちょっと回してやれば回転をはじめます。
回転数を変えてやるにはどうするかというと、交流の周波数を変えてやる方法と電圧を変えてやる方法とがあります。
ただ、交流モーターの場合、昔の技術では簡単に周波数を変える技術がありませんでした。こうなると電圧の制御で回転数を変えてやるのですが、電圧で回転数を変えてやる方法では、回りはじめの時、トルク(力)が必要な用途に向かない傾向があります。また、交流モーターを逆回転させたいとき、反対側に別のコイルを設けて切替えなければなりません。一定回転で同一方向に回転する様な用途に交流モーターは向いているのです。構造は一見簡単ですが、電車の様に走りはじめに力の必要な速度制御を必要とする用途には向きません。
以上は単相交流(一般的な家庭に供給されている電力)の場合です。
交流にはそのほかに3相交流というのがあります。3本の線(ここではそれぞれ U、V、Wと名づけます。)電気の供給の仕方は、UとVの位相を120度ずらします。またVとWはさらに120度ずらします。WとUの関係は更に120度ずらします。合計すると360度1回転ずらして供給してやります。通常、3対の電力を供給するのに、位相を考えなかった場合、電源から負荷に行く線と負荷から電源に戻る線で2本、3対ですから2×3で6本の線が必要ですが、位相を120度ずらすことにより、3本の線で供給することができます。
ここで3相交流モーターの登場となります。回転子の周りに120度ずつ物理的にずらした3つのコイルを配置し、それぞれ、U-V間、V-W間、W-V間に接続してやります。すると、回転磁界が発生し、その中央に配置されている回転子は都度それぞれ強くなるコイルの磁界に引っ張られて回転します。また、逆回転させるにはU,V,Wのうち、2つの線の接続を入れ替えれば、容易に逆回転します。3相の交流モーターは構造が簡単です。なにしろ、回転子に電源を供給する必要が無いので、ブラシなど回転子を擦る接触部が不要です。
電車の場合、逆方向に進んだりしますから、正回転、逆回転が簡単にできることが必須です。また、モーターの回転数を変えてやるには電圧と周波数を変えてやればよいのですが、同じく、昔は簡単に周波数を変えることができず、鉄道の用途には用いられませんでした。(外国ではわざわざ3本の架線を準備して実用化試験をしたこともあった様ですが、地上施設が複雑なのと、電圧のみで制御しようとしたせいか、実用化はされなかった様です。)
近年、(とはいっても20年以上経ちますが)半導体技術の進歩で、周波数を自由自在に変えることのできる3相交流を直流から作ることができる様になりました。電圧と周波数を変えることにより、トルクの必要なときに必要なトルクが得られるのと、連続的に速度が変化していくため、スムーズな加速が得られる様になり、これで晴れて鉄道車両に交流モーターが使える様になりました。
鉄道車両に使う場合、直流モーターの様にブラシなどの保守がかからず、ブラシの無い分、回転の力を得るためのスペースが大きく取れますから、大きさのわりに強力なモーターとなります。また、連続的にトルクを変化させるので、電気機関車に使用すれば、いままでの抵抗を切替える制御方式の場合は切り替わる瞬間に空転する恐れもありましたが、その心配もなくなります。
なお、身近なところで、インバーターエアコンというのもあります。
これも、基本的には連続的にモーターの回転数を変化させることができるので、室温にあわせた冷房(暖房)の連続的な制御ができ、効率よく冷やしたり、暖めたりすることができます。
これも一般家庭の単相交流→直流に整流→3相交流をインバーターで作って、モーターの回転制御をする 様になってます。
判りやすい様に例を挙げてみましたが、なんとなくお解かりいただけたでしょうか?

質問者様こんにちは
VVVFとはすでにNo.1さんが書かれたとおりです。
昔、小学校でモーターの電圧と回転数の関係を理科の時間でやったことがあると思います。またはモーターの変わりに豆電球かもしれませんが。
ここで、思い出してください。電池1個1.5Vの時と電池を2つを直列につないで、3Vとしたとき、豆電球の明るさ、またはモーターの回転数はどうなるかというと、電圧を高くしたほうが(明るく)もしくは(回転数があがる(早く回る))様になります。
これは電圧と明るさ(もしくは回転...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変圧器について教えてください。

変圧器の実験をしたのですが、わからないことが・・・

ちょっと多いですが、ひとつだけでもいいので是非おしえてください!

(1)巻線抵抗測定で、TRの巻線の時定数が大きい場合、
   直流が一定値にするまでに時間がかかりますが・
   他方の巻線を短絡しておけば、早く一定になるのは   何でですか??


(2)供試TRの二次巻線を異極性に直列接続した場合、及   及び並列接続した場合には、どのような現象が起こ   るのでしょうか??

(3)極性試験の必要性はなんですか??

(4)Y-Y結線で二次相電圧がひずむのはなぜですか??

(5)三相結線の比較(Y-Y結線とY-△結線の違い)と、並   列条件について教えてください! 

(6)Y-Y結線で二次側一相の極性を誤ったらどうなるので   すか? 


・・・以上です。みなさん、お願いですから、力を貸してください!!!!!

Aベストアンサー

No.2のymmasayanです。補足にお答えします。

>Y-△結線とV-V結線の理論値はどのようにして求めればいいのですか??

Y-△結線の理論値というのは変圧比のことでしょうか。
変圧器の巻数を1:1と仮定します。
Yの線間電圧と相電圧の関係は頂角120度の二等辺三角形を考えて√3:1に成ります。
Yの相電圧がΔの相電圧(線間電圧)に成りますから、Y-Δの線間電圧の比は
√3:1です。

V-V結線の理論値というのはΔ-Δ結線に比べての取り出せる出力のことでしょうか。
V-V結線では変圧器が1つ取り除かれていますから、当然線電流が減ります。
相電流の合成も120度の頂角の二等辺三角形ですから、1相が欠相すると
線電流は√3/2と成ります。
したがって2個の変圧器の出力は√3EIと成ります。Δ-Δに比べて58%、2個の変圧器に対して86.6%の効率と成ります。

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フェルミ準位について教えてください

私の持っている資料にフェルミ準位についてこう書かれていました。

「電子が絶対零度で存在することができる最大エネルギーをフェルミエネルギーと言う」

また教科書には

「フェルミ準位よりも下に位置する準位には電子が存在し、この上にある準位には電子がないようなものと考えて良い」

この考えで、真性半導体についての説明をんで混乱しました。

「価電子帯のすべての準位は電子で満たされている。従って絶対零度における電子の存在確率は価電子帯で1、伝導帯で零となり、存在確率が1/2となる。すなわちフェルミ準位は価電子帯と伝導帯の間に位置することになる。」
以下に教科書の図を示します(手書きで申し訳ありません)

EcとEvの間は禁制帯で電子が存在できないはずなのに、図を見ると、禁制帯の間にフェルミ準位があります。 上の教科書の説明からいくと、EfとEvの間には禁制帯ながら、電子が存在できることになりますが.....これはどういうことでしょうか?

このまま読み進めた結果PN接合のところでさらに混乱してしましました。

長くなってしましましたが、回答宜しくお願いします

私の持っている資料にフェルミ準位についてこう書かれていました。

「電子が絶対零度で存在することができる最大エネルギーをフェルミエネルギーと言う」

また教科書には

「フェルミ準位よりも下に位置する準位には電子が存在し、この上にある準位には電子がないようなものと考えて良い」

この考えで、真性半導体についての説明をんで混乱しました。

「価電子帯のすべての準位は電子で満たされている。従って絶対零度における電子の存在確率は価電子帯で1、伝導帯で零となり、存在確率が1/2となる。すなわち...続きを読む

Aベストアンサー

価電子帯の電子は、エネルギーを受けると伝導帯に遷移することはわかりますね?
また、フェルミ分布関数を考えてみると、フェルミエネルギーの点を原点にすると点対称な関数になっています。

遷移する前とした後の電子の準位の中心は、フェルミエネルギーになっているはずです。
電子がいくつも励起されると、分布関数に従ったエネルギー分布を見せます。
これは価電子帯のホールの分布も同じ形で分布します。
電子の分布をみた場合、価電子帯の上端と、伝導帯の下端の間の中心にフェルミエネルギーがあるような分布をしているということから、フェルミエネルギーはこのような位置になります。(ある種の対称性がある為、中心になります)

ドープ原子がある場合、電子が存在できる準位が禁制帯の中にできてしまう為、電子の存在分布が変わり、フェルミエネルギーが少し上もしくは下に移動することも教科書には書いてあることでしょう。

Qダイオードの逆バイアスのときの電流について

ダイオードの逆バイアスのときの電流は、少数キャリアによる拡散電流、
によるものでしょうか、それともドリフト電流によるものでしょうか?

それと、その時の電流が逆方向飽和電流と考えていいのでしょうか?? 

いろいろネットで調べていますが、
説明の方法がたくさんあって、混乱している状態です。


よろしくおねがいします。

Aベストアンサー

>ダイオードの逆バイアスのときの電流は、少数キャリアによる拡散電流、
>によるものでしょうか、それともドリフト電流によるものでしょうか?
条件を限定するとその通り

>それと、その時の電流が逆方向飽和電流と考えていいのでしょうか?? 
条件を限定するとその通り


手元に資料ありませんので、以下記憶です。

低注入水準で逆バイアスのダイオードの電流は拡散電流と発生再結合電流の2つがあります。

今問題にしているのは
 Io(exp[qVa/kT]-1)
のようなので、これは拡散電流です。

近似では、p型で空乏層から十分離れた熱平衡の領域でのキャリア密度npo、空乏層端のキャリア密度npo・exp[qVa/kT]を境界条件として解くのだったと思います。

逆バイアスVaが十分大きく、exp[qVa/kT] << 1 の状態で流れる電流が逆方向飽和電流です(空乏層端のキャリア密度が0に近似できる状態)。

空乏層外のドリフト電流を無視できる理由は、少数キャリアに対し無視できないほどに電界があると、多数キャリアによるドリフト電流がとんでもないほど流れてしまうからだったような。

>ダイオードの逆バイアスのときの電流は、少数キャリアによる拡散電流、
>によるものでしょうか、それともドリフト電流によるものでしょうか?
条件を限定するとその通り

>それと、その時の電流が逆方向飽和電流と考えていいのでしょうか?? 
条件を限定するとその通り


手元に資料ありませんので、以下記憶です。

低注入水準で逆バイアスのダイオードの電流は拡散電流と発生再結合電流の2つがあります。

今問題にしているのは
 Io(exp[qVa/kT]-1)
のようなので、これは拡散電流です。

近...続きを読む


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