半導体について

現在、半導体の勉強をしています。
バンドギャップエネルギーと誘電率の関係についての質問です。

ネット上で「バンドギャップの大きな半導体ほど、誘電率が小さくなります」という記述を見かけるのですが、これはどういった理由なのでしょうか。

初歩的な質問かもしれませんがよろしくお願いします。

No.1 回答者： uzu_sp 回答日時： 2011/07/29 05:13

私の量子力学的な仮説では、単原子（IV価）の半導体では、原子量の小さいほどバンドギャップが大きい。

また化合物半導体のバンドギャップ量は、原子量の小さい原子量とその結合の足（III価、V価）の多さによって決まります。

原子核の陽子（プラス電荷）や素粒子と周りを回っている電子（マイナス電荷）の静電気力よる電界結合力と原子核内の陽子や素粒子のスピンによる磁力と周りを回っている電子のスピンよる磁力の磁界結合力で原子核と電子は強く結合している。

ダイヤモンドは約5.47 eVのバンドギャップを持つ半導体であり、シリコンで約1.1 eV、ゲルマニウムで約0.67 eVです。

化合物半導体（２個の原子による半導体）もヒ化ガリウム化合物半導体で約1.4 eV、リン化ガリウムでは約2.3 eV、炭化シリコンでは約3.25ｅV、窒化ガリウムでは約3.4 eV、窒化アルミニウムで約6.3 eVです。

本来バンドギャップは電子軌道は連続の軌道を取るのではなく、不連続の軌道をとることにより生じますが・・、半導体が外部から電界を加えるとプラスの電界だと電子軌道の電子はその電界の反対よりその電界の方に高く存在することになる。つまり分極が起きる。これが誘電率を決める。

分極のし易さは、原子量できまる電子と原子核の結合力と原子間の結合力（原子の電子軌道に1個しか電子があるとき、電子軌道には電子が2個まで入ることが出来る。それは電子のスピン［回転］により電磁誘導で回転軸に磁極を持つ磁石になる。そして２つの電子のスピンが反対のときＮ極とＳ極が引き合う力とマイナス電荷同士の反発力の平衡するように結び付く、電子のもつれ合い状態）による電子軌道を回っている電子の電界に対しての移動のし易さによって決まる。

電子が移動し易すければ、外部電界により原子核の周りにある電子雲（あたかも雲のように原子核の周りを電子は波動的存在する）の中の電子の偏りが大きく、つまり分極が大きく、誘電率が大きい。

半導体のバンドギャップが大きいほど外部電界による電子の移動がし難く、よって分極が起こりにくく誘電率も小さい。

難しいので分かりやすく説明できなくてごめんなさい。
詳しく説明すればきりがないですが、これが私の仮説による概念イメージです。