真性半導体

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真性半導体（しんせいはんどうたい）とは、不純物を添加していない純粋な半導体のことを指す。英語名 (intrinsic semiconductor) からi型半導体と呼ばれることもある。

目次 1 特徴 1.1 キャリア密度 1.2 フェルミ準位 1.3 キャリア移動度 1.4 ドーピング 2 関連項目

[編集] 特徴

[編集] キャリア密度

ドーピングされている場合は、ドーパントの密度で決まるキャリア密度も、真性半導体の場合、不純物密度でなく、材質そのものからキャリア密度が決定される。このキャリア密度を真性キャリア密度(n_i)という。この真性キャリア密度は非常に低い値(～10¹⁰ /cm³)である。これは、通常のドーピングで得られるキャリア密度より約10桁近く低い値であるため、通常半導体を使用する場合ドーピングされる場合が多い。

真性半導体のホール密度pと電子密度nは、の関係が成立する(N_Cは伝導帯の電子密度、N_Vは価電子帯のホール密度である)。

[編集] フェルミ準位

ドーピングされている場合、フェルミ準位は、そのドナー準位やアクセプタ準位近傍に存在するが、真性半導体では、禁制帯のバンドのほぼ中央に位置する。 伝導帯のエネルギーをE_C、価電子帯のエネルギーをE_V、電子とホールの有効質量をm_e、m_hとした場合、真性半導体のフェルミ準位のエネルギーE_iは

の形で表記される。

[編集] キャリア移動度

真性半導体では、不純物のドーピングがされていないため、キャリアはイオン化不純物散乱の影響を受けない。その結果、ドーピングされている際と比較して、非常に高移動度を示す。しかし、前述のように真性半導体ではキャリア密度が非常に低いため、これを利用した用途は限定される。ヘテロ構造による二次元電子ガスを利用した半導体素子(例えば、HEMT)の様な用途がある。

[編集] ドーピング

真性半導体ではキャリア密度が低いため、一般には、真性半導体に不純物をドーピングした不純物半導体(外因性半導体)が使用される。この不純物半導体では、ドナーもしくはアクセプタの熱励起によるキャリアが伝導に寄与する。これは、キャリアがホール（正孔）のP型半導体、キャリアが電子のN型半導体に大別される。 キャリアの種類は、不純物元素の最外殻電子の数に依存する場合が多く、最外殻電子が4より大きい時はN型半導体、最外殻電子が4より小さい場合はP型半導体になることが多い。シリコンの場合、リン、ヒ素をドーピングした場合N型半導体に、ホウ素をドーピングした場合P型半導体になる。

[編集] 関連項目