【図解】半導体の特徴とN型半導体・P型半導体ついて

現代の生活で私たちの生活に欠かす事の出来ない

• テレビ
• 冷蔵庫
• エアコン
• ノートパソコン
• スマートフォン 等々

の電子製品には多くの半導体が使われており、半導体が生まれなければ、これほど社会は発展しなかったでしょう。

この記事の前半では、その半導体が

• どのような物質なのか
• どのような特徴を持っているのか

について説明します。

また、記事の後半では

• N型半導体・・・ネガティブ（Negative）型半導体
• P型半導体・・・ポジティブ（Positive）型半導体

について解説します。

半導体

半導体は、

• 導体・・・物質に電気を通す性質を備えた物質
• 絶縁体・・・物質に電気を通さない性質を備えた物質

の中間の性質を備えた物質です。

広義な「半導体」には

• トランジスタ
• ダイオード 等々

の素子単体（ディスクリ－ト半導体部品）や

• トランジスタ
• ダイオード
• 抵抗
• コンデンサ 等々

で構成される集積回路【IC】（以下、ICと呼ぶ）を総称したものを指すこともあります。

半導体の代表的な物質として

• ケイ素（シリコン）【Si】
• ゲルマニウム【Ge】 等々

があります。

半導体の特徴

半導体の代表格であるケイ素（シリコン：以下、シリコンと呼ぶ）を例に取ります。

シリコンは、酸素と結合してできた安定化合物の二酸化ケイ素（SiO₂）から、酸素を剥がして物質になります。

SiO₂（二酸化ケイ素） – O₂（酸素） -> Si（シリコン）

シリコンは「4価元素の真性半導体」という特徴を備えています。

4価元素

4価元素とは、原子構造における原子核を取り巻く電子殻の最外殻電子の電子の数を指します。

電子殻に収納可能な電子数は下記表の通りです。

殻	K殻	L殻	M殻	N殻	O殻	P殻
主量子数 n	1	2	3	4	5	6
電子数 2 n^2	2	8	18	32	50	72

シリコンの原子構造において、最も外側にある電子殻（M殻）には、4つの電子が存在します。

真性半導体

真性半導体とは、

• 自由電子が動きにくい
• 絶縁体と同様に通電しない

という特性を備えた半導体です。

シリコンの結晶も、シリコンの原子同士の共有結合によって

• 自由電子が動きにくい
• 絶縁体と同様に通電しない

真性半導体の物質です。

N型半導体・P型半導体

• N型半導体は、ネガティブ（Negative）型半導体
• P型半導体は、ポジティブ（Positive）型半導体

という意味です。

ネガティブ（Negative）・・・ 否定的な、消極的な、悲観的な　
【数学】 負（マイナス）の
【電気】 陰電気の
【医学】〈反応の結果が〉陰性の

ポジティブ（Positive）・・・明確な、積極的な
【数学】 正（プラス）の
【電気】 陽電気の
【医学】〈反応の結果が〉陽性の

つまり、それぞれ

• N型半導体・・・陰電気を帯びている半導体
• P型半導体・・・陽電気を帯びている半導体

になります。

真性半導体であるシリコンは、そのまま使用しても自由電子は動きにくく、絶縁体同様、通電しません。

半導体として電気を流す為には、不純物の

• リン
• ホウ素

を真性半導体のシリコンに混ぜ込むことで

• リン、ヒ素 等を不純物として添加・・・N型半導体
• ホウ素、アルミニウム 等を不純物として添加・・・P型半導体

とそれぞれが生成されます。

N型半導体

N型半導体は、

• 電荷キャリアとして自由電子が利用
• 負の電荷を持つ自由電子がキャリアとして移動することで電流が発生

このような性質も持った半導体です。

シリコンなどの、4価元素の真性半導体に、

1. 微量の5価元素（リン、ヒ素 等）を不純物として添加
2. 電子が一つ余分に生じる
3. この余剰の電子が伝導帯に励起され自由電子となり

このような仕組みで電気伝導性を与えます。

P型半導体

P型半導体は、

• 電荷を運ぶキャリアとして正孔（ホール）が利用
• 正の電荷を持つ正孔（ホール）が移動することで電流が発生

このような性質も持った半導体です。

シリコンなどの、4価元素の真性半導体に、

1. 微量の3価元素（ホウ素、アルミニウム 等）を不純物として添加
2. 電子の不足により正孔（ホール）が生じる
3. 正孔（ホール）を埋める為、近隣の自由電子が移動
4. 自由電子の移動に伴い、正孔（ホール）が移動

このような仕組みで電気伝導性を与えます。

以上が

• 半導体の特徴
• N型半導体・P型半導体

についての説明になります。