n型およびp型半導体とは何か: 物質の電気特性を変える基本的なコンセプトを解説し、エレクトロニクスや現代技術での応用について紹介します。
n型およびp型半導体とは何か
半導体は、電気を通す力が金属と絶縁体の中間に位置する物質です。この特性により、半導体は電子機器やコンピュータの基本的な要素となっております。半導体には主に2種類、n型半導体とp型半導体があります。
n型半導体
n型半導体は負の電荷キャリア、すなわち電子によって電流を運びます。このタイプの半導体を作るためには、純粋な半導体（例えばシリコン）にドナー不純物を追加します。これにより、自由電荷キャリアが生成されます。ドナー不純物として一般的に使われる元素は、5価のリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)などです。
- ドーピング元素：リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)など
- キャリア：電子
例えばシリコンの原子構造にリンを添加すると、リンの余分な電子が自由に動けるため、電気を流すことが可能になります。このため、n型半導体は主に自由電子によって電流を流します。
p型半導体
一方、p型半導体は正の電荷キャリア、すなわちホールによって電流を運びます。p型半導体を作るためには、純粋な半導体にアクセプター不純物を追加します。これにより、電子が欠乏した状態（ホール）が生成されます。アクセプター不純物として一般的に使われる元素は、3価のボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)などです。
- ドーピング元素：ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)など
- キャリア：ホール
例えばシリコンの原子構造にボロンを添加すると、ボロンの原子が1つの電子を欠いた状態となり、この「穴」を埋めるために周囲の電子が移動します。このようにして、ホールが電流を運ぶ役割を果たします。
まとめ
n型半導体およびp型半導体は、現代の電子機器の基本要素です。n型半導体は自由電子によって、p型半導体はホールによって電流を運びます。これらの特性を理解することは、トランジスタやダイオードなどの機器の動作を理解する上で非常に重要です。
