問 題
半導体のpn接合の性質によって生じる現象若しくは効果、又はそれを利用したものとして、全て正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
- 表皮効果、ホール効果、整流作用
- 整流作用、太陽電池、発光ダイオード
- ホール効果、太陽電池、超伝導現象
- 整流作用、発光ダイオード、圧電効果
- 超伝導現象、圧電効果、表皮効果
解 説
pn接合とは、p形半導体とn形半導体とを接合する(くっつける)ことを指す言葉です。
p形半導体は正孔があり電子が不足していて、n形半導体は自由電子が豊富であるため、この2つがくっついている場合には、n形半導体のもつ自由電子がp形半導体の正孔へと流れるため、電流の向きはp形半導体からn形半導体へ向かう方向となります(電子と電流は反対向き)。
つまり、pn接合では一方通行でしか電流が流れないという「整流作用」があります。
半導体のpn接合を利用した代表的な例が、「太陽電池」と「発光ダイオード(LED)」です。
pn接合をもつ半導体を用いた太陽電池では、そのpn接合部に光を照射すると、電子と正孔が発生してそれらがpn接合部で分けられ、電子がn形、正孔がp形のそれぞれの電極に集まります。その結果、電子と正孔との偏りによって起電力が生じますが、この現象を光起電力効果といいます。
発光ダイオードとは、LEDのことです。その原理は、LED(発光ダイオード)に順電圧を印加し(順電流を流し)、LEDのpn接合部において電子とホールの再結合を起こすことで光を発生させるというものです。
以上から、pn接合の作用と代表的な実用例が揃っている(2)が正解となります。
以下、ほかの選択肢に記載されている用語についても参考としてかんたんに触れておきます。
「表皮効果」は、半導体ではなく導体(電気加熱の分野)で主に用いられる言葉です。これは、電流密度が導体の表面で高くなり、表面から離れるにつれ低くなっていく現象のことを指します。
「ホール効果」は、電流に対して垂直方向に磁場が掛かったとき、電流とも磁場とも直角の向きに起電力が生じるという現象のことを指す言葉です。半導体においてもホール効果は見られますが、pn接合の性質によって生じるものではありません。p形半導体でもn形半導体でも、上記の条件を満たすような電流や磁場があれば、それぞれ単独にホール効果が起こります。
「超電導現象」とは、金属を絶対零度(0K)に近づけた際、金属ごとに決まったある温度を下回った瞬間に、急にその金属の電気抵抗が0になる現象のことをいいます。よって、半導体ではなく、これは導体(金属)の話なので、pn接合は関係ありません。
「圧電効果」とは、文字通り、圧縮すると電気が生じる現象のことです。もう少し詳しく書くと、結晶体に圧力を加えることで結晶の構造がひずみ、結晶内の陽イオンと陰イオンのバランスが崩れることで、電気の分極が起こって電圧を発生させます。よって、これも特にpn接合とは関係がありません。
コメント