Biophysics · 07.06

ドープ半導体の種類

Types of doped semiconductors

🧠 ドーピングdopingドーピング（doping）doping（ドーピング）は少量の不純物で担体数carrier population担体数（carrier population）carrier population（担体数）を制御し、n型半導体semiconductor半導体（semiconductor）semiconductor（半導体）またはp型半導体semiconductor半導体（semiconductor）semiconductor（半導体）を作る。

ドナーとアクセプター

ドナーは伝導帯conduction band伝導帯（conduction band）conduction band（伝導帯）近くに電子準位を作り、アクセプターacceptorアクセプター（acceptor）acceptor（アクセプター）は価電子帯valence band価電子帯（valence band）valence band（価電子帯）近くに正孔hole正孔（hole）hole（正孔）を作る。多数担体majority carrier多数担体（majority carrier）majority carrier（多数担体）と少数担体minority carrier少数担体（minority carrier）minority carrier（少数担体）を区別する。

flowchart TD
  A["ドナー添加"]
  B["n型で電子増加 / <span class='jp-term jp-term-diagram' title='acceptor'>アクセプター</span>添加"]
  C["p型で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='hole'>正孔</span>増加"]
  D["接合デバイス形成"]
  A --> B
  B --> C
  C --> D

n型・p型半導体

n\text{型}:n\gg p,\qquad p\text{型}:p\gg n,\qquad np=n_i^2

熱平衡thermal equilibrium熱平衡（thermal equilibrium）thermal equilibrium（熱平衡）の質量作用の法則mass-action law法則（mass-action law）mass-action law（法則）では一方を増やすと他方が減る。

多数担体とFermi準位

真性半導体intrinsic semiconductor真性半導体（intrinsic semiconductor）intrinsic semiconductor（真性半導体）では電子と正孔hole正孔（hole）hole（正孔）が等数だが、ドーピングdopingドーピング（doping）doping（ドーピング）で多数担体majority carrier多数担体（majority carrier）majority carrier（多数担体）を選べる。n型とp型を接合するとpn接合が形成される。

n型自体が負に帯電するわけではなく全体はほぼ中性。
ドナーイオンdonor ionドナーイオン（donor ion）donor ion（ドナーイオン）は電子放出後正の固定電荷positive fixed charge固定電荷（positive fixed charge）positive fixed charge（固定電荷）。
フェルミ準位Fermi levelフェルミ準位（Fermi level）Fermi level（フェルミ準位）はn型で伝導帯conduction band伝導帯（conduction band）conduction band（伝導帯）側へ移る。

材料・生体への応用

ダイオードdiodeダイオード（diode）diode（ダイオード）、トランジスタtransistorトランジスタ（transistor）transistor（トランジスタ）、放射線検出器radiation detector放射線検出器（radiation detector）radiation detector（放射線検出器）の材料設計に必須。

まとめ

ドーピングdopingドーピング（doping）doping（ドーピング）は少量の不純物で担体数carrier population担体数（carrier population）carrier population（担体数）を制御し、n型またはp型半導体semiconductor半導体（semiconductor）semiconductor（半導体）を作る。
n型自体が負に帯電するわけではなく全体はほぼ中性。
ダイオードdiodeダイオード（diode）diode（ダイオード）、トランジスタtransistorトランジスタ（transistor）transistor（トランジスタ）、放射線検出器radiation detector放射線検出器（radiation detector）radiation detector（放射線検出器）の材料設計に必須。