n型半導体とp型半導体の違い：ドーパント・多数キャリア・フェルミ準位・移動度を比較

どんなときに使うか

n型

電子を流したいとき。nMOSのソース・ドレインやnpnトランジスタのエミッタ・コレクタ、pMOSを作るnウェルなどに使います。

p型

正孔を流したいとき。pMOSのソース・ドレインやnpnトランジスタのベース、nMOSを作るpウェルなどに使います。

組み合わせ

n型とp型を接するとPN接合ができ、ダイオード、トランジスタ、太陽電池、LEDなどの基本になります。製造では、すでにある層に逆の型の不純物を多く加えて、型を反転させること(カウンタードープ)も使われます。

理解度チェック

1. n型半導体のフェルミ準位の位置として正しいものはどれか。
2. シリコン中のリンがつくるドナー準位の、バンドギャップ内での位置として正しいものはどれか。
3. シリコンに注入する不純物と導電型の組み合わせとして正しいものはどれか。

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関連する用語の解説

ドナー

半導体に電子を供給する不純物。シリコンに対してはリン(P)やヒ素(As)などのV族元素で、n型半導体をつくる。

アクセプタ

半導体から電子を受け取り、正孔を生じさせる不純物。シリコンに対してはホウ素(B)などのIII族元素で、p型半導体をつくる。

フェルミ準位

電子がその準位を占める確率がちょうど1/2になるエネルギー。n型では伝導帯側に、p型では価電子帯側に寄る。

移動度

電界をかけたときのキャリアの動きやすさ。シリコンでは電子の移動度が正孔より大きい。

真性キャリア密度

不純物を含まない半導体で、熱によって生じる電子と正孔の密度(niと書く)。シリコンでは室温で約1×10¹⁰ cm⁻³で、温度が上がると急激に増える。熱平衡では n × p = ni² が成り立つ。

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