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物理の基礎実験で半導体のホール測定をするなどして基本的なホール係数、担体濃度など測るなどしました。
それで、磁場、電場をかけてホール係数を測定すると、その正負によりp型またはn型が判定できるのですが、「質問」として半導体の電動型はホール測定をしなくても熱起電力の測定により判定できるがなぜかという問いがあり調べているところです。
半導体の基礎的な特徴は実験でわかったのですが、あまり突き詰めたところはまだわかりません。
わかりやすい説明またはURLの紹介をいただけるとありがたいです。
よろしくお願いします。

gooドクター

A 回答 (2件)

d9win さんが主にテクニカルなことを書かれておられますので,


私は少し原理的なことを.

測定というのは,対象物質になにか問いかけをして,
それに対する応答を見ていることになります.
例えば,電圧をかけるという問いかけをして,電流という応答を見れば,
その比例係数がコンダクタンス(電気抵抗の逆数)ということになります.

もう少し詳しく見るなら,
(A) 電圧をかける(問いかけ)
=(1)=>
(B) 担体を動かそうとする力(駆動力)
=(2)=>
(C) 担体が動く
=(3)=>
(D) 担体の動きが電流として検知される
です.

で,担体の符号を変えたときに,
(1)(3)のステップで向きが変わるかどうかを考えればよいのです.
(2)のステップでは力の方向に担体が動きますから,
符号など関係ありません.
普通に電圧 E をかけて電流を流す場合ですと,担体電荷 q の符号を変えると
(1) で符号が変わる(力が F=qE だから)
(3) で符号が変わる(担体が速度 v で動けば,電荷の流れは qv だから)
というわけで2度符号が変わり,結局 q の符号にはよらなくなります.
つまり,電気抵抗を見ていては担体の電荷の符号は判定できません.

では,ホール効果で判定できる理由は?
ホール効果は,電流が流れている状態でさらに磁場をかけます.
つまり(A)が磁場.
ローレンツ力が F = q(v×B) で,上にあるように v も符号を変えますから.
(1) は符号が変わりません.
(3) は当然符号が変わります.
したがって,結果的に符号が変わりますので,
ホール電流(実際はホール電圧として検知しますが)の向きで担体符号の判別ができます.

熱起電力だと?
(A)が温度差,というわけです.
高温部から低温部へ担体が拡散しますので,それは電荷には関係ありません.
つまり(1)は符号を変えなません.
(3) は当然符号が変わります.
したがって,結果的に符号が変わり,
熱起電力の向きで担体の電荷が判定できます.
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半導体のp, n判定を簡単かつ確実に行う方法として、半田ごてを測定したい半導体に接触させ、熱した半田ごてと半導体の(半田ごてが接触している位置から離れた位置の)半導体の電位差をテスター等で測る方法が使われています。


半田ごてに対して半導体の電位が高ければp型半導体で、低ければn型半導体と判定します。
これは、半田ごとに接触している部分の半導体では、その周辺部よりも高温であるために多数キャリアが多く励起されることが原因です。例えばp型半導体の場合、正孔が高温部から周辺の低温部に拡散します。このために、高温部では負に帯電し、周辺の低温部では正に帯電します。
どのような物体でも、その中の異なる領域の間に温度差が存在すれば電位差が発生します(Seebeck効果による熱起電力の発生)。上記方法は、この熱起電力を測っているわけです。半導体は金属に比べてこの熱起電力が大きいので、簡単に測れます。

参考URL:http://terra.cm.kyushu-u.ac.jp/lab/research/te/s …
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