1.1半導体の紹介
半導体デバイスは電子回路の基本的なコンポーネントであり、半導体材料で作られています。半導体材料は、導体と絶縁体間の電気伝導率を持つ物質として定義されます。導体と絶縁体の導電率との間に導電率があることに加えて、半導体には次の特性もあります。
1、温度の上昇は、半導体の導電率を大幅に向上させることができます。たとえば、温度が30度から20度に上昇すると、純粋なシリコン（SI）の抵抗率が2倍になります。
2、微量の不純物（その存在と濃度）は、半導体の導電率を劇的に変える可能性があります。たとえば、1つの不純物原子（{+3}または+5原子体）が100万シリコン原子ごとに導入されている場合、室温での抵抗率（27度;なぜ絶対温度は整数、t =273+} t =273+ t {=273+ t {=273+ t =273+ t is dect for seas for teas for dect for teas es eas 214,000Ω・cmから0.2Ω・cm。
3、光暴露は半導体の導電率を大幅に改善する可能性があります。たとえば、絶縁基板に堆積した硫化カドミウム（CDS）フィルムは、光の非存在下でいくつかのMegoHMS（MΩ）の抵抗がありますが、照明下では、数十キロム（kω）に抵抗が低下します。
4、さらに、磁場と電界は、半導体の導電率を著しく変えることができます。
したがって、半導体は導体と絶縁体の間に導電率を持つ材料であり、それらの固有の特性は、光、熱、磁気、電界、微量不純物濃度などの外部要因により、有意な変化の影響を非常に受けやすいです。
これらの有利な特性を考えると、半導体を効果的に利用できます。特に、ダイオード、トランジスタ、およびフィールド-効果トランジスタに関するその後の議論は、トレース不純物の特性が半導体導電率を大幅に変化させる方法をどのように活用するかを示します。
1.2内因性半導体
トレース不純物を半導体に導入するにはどうすればよいですか？自然なクォーツ（主成分はSI）に不純物を直接追加できますか？天然シリコンはさまざまな不純物を含んでいるため、導電率を制御できないため、直接使用することはできません。すべての半導体の基本材料として機能するために、主な目標は制御可能な導電率を達成することです。
したがって、天然のシリコンを純粋なシリコン結晶構造に精製する必要があります。この純粋な半導体結晶構造は、固有半導体と呼ばれます。
内因性半導体の特性：（内因性半導体は純粋な結晶構造です）
1、純度、不純物がないことを意味します。
2、結晶構造、安定性を表します。原子は互いに結合し、自由な動きを防ぎ、自然のシリコンと比較して導電率がさらに低くなります。
1.2.1固有半導体の結晶構造
化学では、結晶内の2つの隣接するシリコン（SI）原子の最も外側の電子が共有電子になり、共有結合を形成することがわかりました。ただし、各Si原子のすべての外側の電子が独自の共有結合内に厳密に残っているわけではありません。この理由は、材料が温度のある環境に存在するためです。順序付けられた動きに加えて、最も外側の電子は、温度の影響により、熱運動-ランダムな動き-も受けます。時々、電子は他の原子よりも高いエネルギーを持っている可能性があり、共有結合から自由になり、自由電子になることができます。少量のエネルギーがあっても、導体の最も外側の電子は方向性運動を生成できます。
固有の半導体には不純物がありません。電子が共有結合から解放されると、穴と呼ばれる空室が残ります。固有の半導体では、遊離電子の数は穴の数に等しく、それらはペアで生成されます。結晶構造、穴、自由電子を下の図に示します。
1.2.1固有半導体の結晶構造（続き）
内因性半導体に外部電界が適用されている場合：
1、自由電子は方向に移動し、形成されます電子電流.
2、穴が存在するため、原子価電子は特定の方向に移動してこれらの穴を埋めるため、穴も方向性の動きを起こします（自由電子と穴がペアで生成されるため）。この穴の動きはaを形成します穴電流。遊離電子と穴は反対の電荷を運び、反対方向に移動するため、固有半導体の総電流はこれら2つの電流の合計です。
上記の現象は、電荷と自由電子の両方が電荷を運ぶ粒子として作用することを示しています（そのような粒子は呼ばれます充電キャリア）。したがって、どちらも電荷キャリアです。これにより、固有の半導体が導体を区別します。導体には、電荷キャリアには1つのタイプのみがありますが、固有半導体には2種類の電荷キャリアがあります。
1.2.2内因性半導体のキャリア濃度
半導体が熱励起下の自由電子-穴のペアを生成する現象は呼ばれます本質的な励起.
自由電子のランダムな動きの間、穴に遭遇すると、自由電子と穴が同時に消えます。この現象は呼ばれます組換え。固有の励起によって生成される自由電子-穴のペアの数は、再結合する自由電子-穴のペアの数に等しく、動的平衡を達成します。これは、特定の温度では、遊離電子と穴の濃度が同じであることを意味します。
周囲温度が上昇すると、熱運動が激化し、より多くの自由電子が原子価電子の制約から壊れ、穴が増加します。その結果、キャリア濃度が増加し、導電率が向上します。逆に、温度が低下すると、キャリア濃度が低下し、導電率が低下します。温度が絶対ゼロ（0 k）に低下すると、価電子は共有結合から解放されるエネルギーを欠いており、導電率はありません。
固有の半導体では、導電率には2種類の電荷キャリアの動きが含まれます。固有の半導体の導電率は温度に依存しますが、結晶構造のために非常に貧弱なままです。導電率が低いにもかかわらず、固有の半導体は導電性特性に強い制御性を示します。
1.3ドープ半導体
このセクションでは、固有の半導体が導電率にそのような強力な制御性を示す理由について説明します。ここでは、半導体の次の特性を利用します。微量の不純物は、導電率を大幅に変える可能性があります.
「ドーピング」とは、固有の半導体に適切な不純物要素を導入するプロセスを指します。追加された不純物要素の種類に応じて、ドープされた半導体はに分類できますn -タイプ半導体そしてp - type semiconductors。不純物要素の濃度を制御することにより、ドープされた半導体の導電率を正確に調節できます。
1.3.1 n - type semiconductor
「n」は略ですネガティブ、電子は負電荷を運び、軽量です。結晶構造に追加の電子を導入するために、通常、五角形の元素（リン、P）が通常、半導体にドープされます。リン原子には5つの原子価電子があるため、周囲のシリコン原子と共有結合を形成した後、1つの余分な電子が残ります。この電子は、最小限のエネルギー入力で簡単に自由電子になることができます。現在、結晶格子に固定され、電子を欠いている不純物原子は、不動の陽性イオンになります。これは、下の図に示されています。
1.3.1 n -タイプ半導体（続き）
n -タイプ半導体では、遊離電子の濃度は穴の濃度よりも大きくなります。したがって、遊離電子が呼び出されます多数派のキャリア（乗数）、穴が呼ばれますマイノリティキャリア（未成年者）。したがって、n -型の導電率は、主に遊離電子に依存しています。ドープされた不純物の濃度が高いほど、多数派のキャリアの濃度が大きくなり、導電率が強くなります。
多数派のキャリア濃度が増加したときに、少数派キャリアの濃度がどのように変化するかを調べてみましょう。遊離電子の数が増加すると、穴による組換えの可能性が高まるため、少数派の保管濃度が減少します。
温度が上昇すると、キャリアの数が増加し、多数派のキャリアの増加は少数キャリアの増加に等しくなります。ただし、少数キャリア濃度の変化率は、多数派のキャリアの変化よりも高くなります（数値の増加が同じにもかかわらず、少数派と専攻の塩基濃度が異なるため）。したがって、マイノリティキャリアの濃度は低いですが、過小評価されるべきではありません。マイノリティキャリアは、半導体デバイスの温度安定性に影響を与える重要な要因であるため、濃度も考慮する必要があります。
1.3.2 p - type semiconductor
「P」は略ですポジティブ、積極的に充電された穴にちなんで名付けられました。クリスタル構造に追加の穴を導入するために、通常、半導体に三価要素（例えば、ホウ素、b）がドープされます。ホウ素原子が周囲のシリコン原子と共有結合を形成すると、空室（電気的に中性）が生成されます。隣接するシリコン原子からの価電子がこの空室を埋めると、共有結合が穴を生成します。その後、不純物原子は動かない負のイオンになります。これは、下の図に示されています。
1.3.2 p -型半導体（続き）
n -と比較して、p - type semiconductors：in type semiconductors：
穴は多数派のキャリアであり、自由電子は少数航空会社です。
導電率は主に穴に依存しています。ドープされた不純物の濃度が高いほど、穴の濃度が大きくなり、導電率が強くなります（不純物原子の空帯が電子を吸収するため）。マイノリティキャリア濃度が減少します。
温度が上昇すると、遊離電子濃度の変化率は穴濃度の変化よりも高くなります。