1. シリコンのpn接合に関する以下の問題に答えなさい。ただし、T=300［K

半導体⼯学
学籍番号
4回⽬
⽒名
1. シリコンのpn接合に関する以下の問題に答えなさい。ただし、T=300［K]、n層中のドナー濃
度をND＝5×1017[cm-3]⼀定、p層中のアクセプタ濃度NA=1×1017[cm-3]⼀定とし、室温にお
ける⾃由電⼦濃度および⾃由正孔濃度は不純物濃度にほぼ⼀致している飽和領域であると仮定
して計算しなさい。ただし、n層・p層の各伝導帯の下端および価電⼦帯の上端のエネルギーを
それぞれEcn、 EcpおよびEvn、Evpとする。また、必要に応じて以下の物性値を⽤いて良いとす
る。
伝導帯実効状態密度NC[cm-3]
2.86×1019
価電⼦帯実効状態密度NV[cm-3]
2.66×1019
バンドギャップエネルギーEg[eV]
1.12
真性キャリア密度ni[cm-3]
9.65×109
Siの⽐誘電率εr
11.9
真空の誘電率ε0 [F/m]
8.85×10-12
n層およびp層のフェルミエネルギーEfnおよびEfpを計算しなさい。
（1）の結果を基にバンド図をできるだけ正確に記載しなさい。
拡散電位VD[V]を求めなさい。
Siのpn接合ダイオードの拡散電位VDを⼩さくするためには、どのような⼯夫をすれば良いか
を述べなさい。またその理由を簡単に記載しなさい。
(5) 印加電圧を0[V]および-10[V]としたとき、それぞれの場合の空乏層幅xDを求めなさい。
(6) 印加電圧を0[V]、-10[V]としたとき、それぞれの場合の単位⾯積あたりの接合容量C[F/m2]
を求めなさい。
(1)
(2)
(3)
(4)
半導体⼯学
学籍番号
⽒名
4回⽬
2. pn接合ダイオードについて考える。
① ND=1018cm-3のn型シリコンとNA=1015cm-3のp型シリコンによるpn接合型ダイオードにお
いて、空乏層幅は、どちらの⽅が、どれだけ⻑いか。
② 下のバンドダイヤグラムにおいて、順⽅向電圧V および逆⽅向電圧-Vを加えたとき、バン
ドダイヤグラムがどうなるか、概略を描きなさい。
半導体⼯学
学籍番号
4回⽬
⽒名
3.pn接合のバンド図が以下の通りであるとする。この時の電界分布および電位分布を記載しなさ
い。ただし、電位はn層を基準電位とすること。
ECp
p層
電⼦のエネルギー [J]
n層
拡散電位 qVD
Eg
ECn
Efn
Efp
EVp
EVn
-xp
xn
x
半導体⼯学
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4回⽬
4. pn接合ダイオードについて考える
① 熱平衡状態(0バイアス時)、逆バイアス時、順バイアス時のエネルギーバンド図を書きなさい。
ただしn型半導体、p型半導体の伝導帯の底をそれぞれECn 、ECp、価電⼦帯の頂をそれぞれ
EVn 、Evp、フェルミ準位をEFとして記載しなさい
② ①で書いた図⾯を⽤い、pn接合ダイオードに整流性が現れる理由を説明しなさい

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