半導体の特性
半導体は、その導電性を化学構造、温度、照明、およびドープ物質の存在によって制御できる無機または有機材料です。この名前は、これらの材料が銅や金などの金属とガラスのような絶縁体との間の電気伝導性を持っていることに由来します。エネルギーギャップは4eV未満（約1eV）です。固体物理学では、このエネルギーギャップまたはバンドギャップは、価電子帯と伝導帯の間の電子状態が禁止されているエネルギー範囲です。導体とは対照的に、半導体の電子はバンドギャップを越えて伝導帯に到達するためにエネルギー（例えば、イオン化放射線から）を得る必要があります。
半導体の性質
半導体は導体と絶縁体の間の導電率レベルを持ち、ドーピング、温度、および適用される電場によってその導電率が制御されます。これらは電子デバイスで広く使用されています。半導体の主な特徴には以下のものがあります。
可変導電性：半導体は、光や熱にさらされたときなど、特定の条件下で電気を伝導するように作ることができます。また、異なる条件下で絶縁体として機能するようにすることもできます。
バンドギャップ：半導体にはバンドギャップがあり、これは価電子帯から伝導帯への電子を移動させるために必要なエネルギーです。バンドギャップの大きさは、半導体が導体になるために必要なエネルギーを決定します。
ドーピング：半導体は不純物でドープされ、その電気的性質を変更することができます。ドーピングにより、材料に追加の電子または「ホール」が導入され、その導電率が増加または減少します。
温度依存性：半導体の電気伝導率は温度に高度に依存しています。温度が上昇すると、材料の導電率は一般に増加します。
光感度：一部の半導体は光に敏感であり、太陽電池、光センサー、LEDなどのアプリケーションで使用できます。
少数キャリア：半導体では、電子とホールは少数キャリアとして知られています。これらのキャリアは操作され、制御されることで、材料の望ましい電気的性質を生み出すことができます。
以下に3つの固有半導体と2つのp型およびn型半導体、および4つの主要な特性を示す表を示します。
半導体 タイプ バンドギャップ (eV) 電子移動度 (cm²/Vs) ホール移動度 (cm²/Vs) 熱伝導率 (W/mK)
シリコン (Si) 固有 1.12 1500 450 150
ゲルマニウム (Ge) 固有 0.67 3900 1900 60
ガリウムアルセナイド (GaAs) 固有 1.43 8500 400 46
ホウ素ドープシリコン (p-Si) p型 1.12 1500 1800 150
リンドープシリコン (n-Si) n型 1.12 1500 4500 150
アルミニウムドープガリウムアルセナイド (p-GaAs) p型 1.43 8500 200 46
シリコンドープガリウムアルセナイド (n-GaAs) n型 1.43 8500 800 46
半導体のタイプ
半導体は、その電子特性に基づいて2つの基本タイプに分類されます。
固有半導体：これらは純粋な半導体であり、単一の元素（例えば、シリコン、ゲルマニウム）で構成されており、不純物で意図的にドープされていません。固有半導体には、価電子帯と伝導帯に特定の数の電子があります。加熱すると、いくつかの電子がその結合から自由になり、伝導帯の自由電子になるほどの十分なエネルギーを得ます。
外因性半導体：これらは不純物で意図的にドープされた半導体であり、その電子特性を変更します。外因性半導体はさらに2つのタイプに分類されます。
p型半導体：p型半導体では、ホウ素などの不純物原子が半導体材料に導入されます。これらの不純物は半導体材料よりも価電子が少ないため、価電子帯に「ホール」（電子の欠如）が作られます。これらのホールは、正の電荷キャリアのように電流を伝導することができ、材料にそのp型の指定を与えます。
n型半導体：n型半導体では、リンなどの不純物原子が半導体材料に導入されます。これらの不純物は半導体材料よりも価電子が多いため、伝導帯に余分な電子が作られます。これらの余分な電子は、負の電荷キャリアのように電流を伝導することができ、材料にそのn型の指定を与えます。
