半導体の歴史的経緯 • １８３３年ファラデー AgSの負の抵抗温度係数の発見 • １８７４年ブラウン PbSと金属との点接触でV-I特性の非直線性を発見 • １８７４年シュスタ CuOとCuの接触で非オーミック性を発見 • １９２０年グロンダール亜酸化銅整流器を試作半導体の歴史的経緯 • １９２６年プレッサ Se整流器を発表 • １９２６年シュレディンガー波動方程式の確立 • １９２８年ブロッホ固体のバンド理論 • １９３２年ウィルソン金属ー半導体接触整流理論半導体の歴史的経緯 • １９３９年～１９４２年モットー、ショットキー、ベーテ理論解析 • １９４７年バーディン表面準位の導入 • １９４８年バーディン、ブラッティン点接触トランジスタの発見 • １９４９年ショックレーｐーｎ接合理論発表半導体の歴史的経緯 • １９５０年ショックレー接合形トランジスタの試作 • １９５７年江崎トンネルダイオードを発表 • １９６２年レディカ GaAsレーザダイオードの試作 • １９７０年ＢＴＬＣＣＤの試作第一章半導体とその種類１．１導体・半導体および絶縁体 • 抵抗率 ρ（Ω・ｍ）Ｒ＝ ρ・Ｌ／Ｓ • 抵抗率の温度依存性導体正の温度係数半導体負の温度係数 • エネルギーバンド構造導体～伝導帯に電子あり絶縁体～伝導帯に電子なし半導体～伝導帯に電子なし（低温）１．2半導体材料 • 元素半導体 Ge, Si のようにⅣ族の単一元素からなる半導体物理的な性質は定められている。 • 化合物半導体 GaAs, InPのようにⅢ－Ⅴ族、Ⅱ－Ⅵ族の化合物からなる半導体物理的な性質は組み合わせによって異なる。１．３半導体結晶 • 原子構造ラザフォードの原子モデル原子原子核（陽子、中性子）電子：物質の電気的特性を決定 • 電子層電子軌道主量子数ｎにおける電子数 n=1（ 2個） n=2 （8個） n=3 （18個） • 最外殻の電子：価電子(valence electron) • Ⅳ族元素の電子配置四個の電子が価電子価電子は八個で安定共有結合（covalent bond）電子：物質の電気的特性１．４真性半導体 (intrinsic semiconductor) • • • • • • • 外部エネルギー→半導体価電子は原子からの束縛力を振り切る →自由電子(free electron) →外部電界によって移動抜け殻～正孔(hole) 正の電荷、質量電子伝導と正孔伝導は逆向き真性半導体では電子密度＝正孔密度１．５不純物半導体 (impurity semiconductor) • Ⅴ族不純物添加 Sbの５個の価電子 →４個はSiと共有結合 →１個はSbと弱く結合 →常温でも容易に自由電子 →Sbは正イオンになる不純物をドナー(donor)と呼ぶｎ形半導体（電子伝導が主） • Ⅲ族不純物添加 Gaの３個の価電子 →３個はSiと共有結合 →不足分の１個はSiから調達 →正孔が生ずる →Gaは負イオンになる不純物をアクセプタ(acceptor)と呼ぶｐ形半導体（正孔伝導が主） • ドナーとアクセプタが共存する場合電子密度＝正孔密度補償形半導体 • 多数キャリヤ（majority carrier) ｎ形半導体では電子ｐ形半導体では正孔 • 少数キャリヤ(minority carrier) ｎ形半導体では正孔ｐ形半導体では電子演習問題 • 直径８ｍｍ、長さ１５ｍｍの円柱状の真性半導体の両端に５Ｖの電圧を加えた。流れる電流を求めよ。但し、抵抗率は２０Ω・ｃｍとする。