半導体の基本：n型半導体について
半導体は、その導電性を化学構造、温度、照明、およびドーピング剤の存在によって制御できる無機または有機材料です。これらの材料は、銅や金などの金属と、ガラスなどの絶縁体の間の電気伝導率を持つことから、半導体と名付けられました。エネルギーギャップは4eV未満（約1eV）で、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。導体とは異なり、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。
半導体の種類
半導体は電子特性に基づいて二つの基本タイプに分類されます。
固有半導体
固有半導体は、単一の元素（例えば、シリコン、ゲルマニウム）で作られた純粋な半導体で、不純物による意図的なドーピングはありません。固有半導体は、価電子帯と伝導帯に特定数の電子を持っています。これらは加熱されると電気を伝導し、いくつかの電子が結合から解放され、伝導帯で自由電子になるのに十分なエネルギーを得ます。
外来半導体
外来半導体は、電子特性を変更するために意図的に不純物でドーピングされた不純な半導体です。外来半導体はさらに二つのタイプに分類されます。
p型半導体
p型半導体では、ボロ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少ないため、価電子帯に「穴」（電子の欠如）が生成されます。これらの穴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、これが材料のp型指定の由来です。
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生成されます。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、これが材料のn型指定の由来です。
n型半導体
電子供与体原子でドーピングされた外来半導体は、結晶内の大部分の電荷キャリアが負の電子であるため、n型半導体と呼ばれます。シリコンは四価元素であり、通常の結晶構造には四つの価電子からの四つの共有結合が含まれています。シリコンに最も一般的に使用されるドープ物質は、第IIIおよび第V族元素です。第V族元素（五価）は五つの価電子を持ち、供与体として機能することができます。つまり、これらの五価不純物（例えば、ヒ素、アンチモン、リン）を添加することによって、固有半導体の導電性が大幅に増加します。例えば、ボロン（第III族）でドープされたシリコン結晶はp型半導体を作り出し、リン（第V族）でドープされた結晶はn型半導体になります。伝導電子は完全にドナー電子の数によって支配されます。したがって、伝導電子の総数はおおよそドナー部位の数に等しく、n≈NDとなります。半導体材料の電荷中性は、興奮したドナー部位が伝導電子とバランスを取るために保たれます。その結果、伝導電子の数が増加し、穴の数が減少します。各バンドのキャリア濃度の不均衡は、電子と穴の異なる絶対数によって表されます。電子はn型材料において多数キャリアであり、穴は少数キャリアです。
