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p型半導体のキャリア濃度について考え方を教えてください。

pos********さん

2017/7/604:41:29

p型半導体のキャリア濃度について考え方を教えてください。

①低温時:温度上昇とともに価電子帯の電子がアクセプター準位へ励起され、キャリア濃度は上昇

②常温時:価電子帯の電子はアクセプター準位へ励起されている。価電子帯から伝導体には励起されていないのでキャリア濃度は一定

③高温時:価電子帯から伝導体へ電子が励起され、キャリア濃度は急上昇

のような感じであってますか?
ひっかかるのは、
①では、価電子帯の電子→アクセプター準位へ励起
②では、①の現象がおわるため、濃度一定
まではなんとなくわかります。

③において、価電子帯→伝導体なのか、アクセプター準位へ励起された電子が伝導体へ励起されるのかよくわかりません
解説お願いします

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ベストアンサーに選ばれた回答

kak********さん

2017/7/810:37:40

①~②の場合
価電子帯からアクセプタ準位に電子が励起されて、価電子帯には電子が抜けた孔(正孔)ができてその正孔はキャリアとなります。アクセプタ準位に励起された電子は伝導体まで励起されておらず、キャリアとはなれていません。
要は価電子帯~伝導体のバンドギャップエネルギーを掛けなくても、準位が低いアクセプタ準位まで電子を励起させることができれば、正孔は得られます。
これがp型半導体に正孔が多いといわれる理由。

③の場合
価電子帯から伝導体に電子が励起されて、励起された電子・生成された正孔ともにキャリアとなり、濃度は急上昇します。
アクセプタ準位から伝導体に励起される電子はあるでしょうが、価電子帯から伝導体に励起される電子の数のほうが圧倒的に多いです。
これは熱暴走と呼ばれるレベルの温度の話では?

シリコン単結晶中のシリコン原子いくつかをホウ素に置換することでp型半導体にはなります。
シリコンが価電子数4に対してホウ素は3ですから、シリコンのみで単結晶が形成された安定な状態より簡単に正孔が取り出せることになります。

質問した人からのコメント

2017/7/11 13:33:38

なるほど、大変わかりやすかったです

ベストアンサー以外の回答

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2017/7/622:05:19

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③において、価電子帯→伝導体なのか、アクセプター準位へ励起された電子が伝導体へ励起されるのかよくわかりません
解説お願いします
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どちらも起こり得ます。
統計的な結果として、フェルミ分布になります。

c80********さん

2017/7/621:55:36

そもそもアクセプタの密度は低い.アクセプタ準位に入った電子と価電子帯の頂上にいる電子のエネルギー差は小さいから熱励起確率も同程度.つまり,アクセプタ準位から来る熱励起電子はあるだろうが相応に少ない.

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