問 題
半導体の pn 接合に関する次の記述の ㋐～㋔ に当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。
「p 型半導体とn 型半導体を接合すると，n 型半導体における接合部付近の㋐は，拡散によりp 型半導体へ移動して㋑と再結合する。一方，p 型半導体における接合部付近の㋑は，拡散によりn 型半導体へ移動して㋐と再結合する。したがって，接合部付近では，n 型半導体には㋒にイオン化したドナが残り，p 型半導体には㋓にイオン化したアクセプタが残る。これらにより，接合部には電界が生じ，熱平衡状態ではp 型半導体とn 型半導体の㋔は一致する。」
| / | ㋐ | ㋑ | ㋒ | ㋓ | ㋔ |
| 1. | 伝導電子 | 正孔 | 正 | 負 | フェルミ準位 |
| 2. | 伝導電子 | 正孔 | 正 | 負 | キャリア密度 |
| 3. | 伝導電子 | 正孔 | 負 | 正 | フェルミ準位 |
| 4. | 正孔 | 伝導電子 | 正 | 負 | フェルミ準位 |
| 5. | 正孔 | 伝導電子 | 負 | 正 | フェルミ準位 |
解 説
p は positive、n は negative の略です。㋐ですが「n 型・・・における接合部付近」なので、n 型→negative（「ー」） → 電子の方が余っている → 選択肢から「伝導電子」と選べるのではないでしょうか。そして、 n 型においては 電子がなくなってしまったので、「正」にイオン化します。
「電子がなくなったら正にイオン化する」というイメージについては、例えば Li や Na といった第一族原子が、最外殻電子を失い、一価の陽イオンになるイメージを思い出すと考えやすいと思います。
そして、㋔は フェルミ準位 です。まず、半導体の性質に関わるエネルギー準位は「下から価電子帯、禁制帯、伝導帯」です。そしてフェルミ準位とは、あるエネルギー準位を占める期待値が 「1/2」 になるようなエネルギー準位のことです。
イメージとしては、エネルギーを「家賃」、準位を占めているかどうかを「人が入居しているかどうか」に対応させるとつかみやすいかもしれません。例として、家賃 3 万円以下、3~9 万円台、 10 万円以上 という３つのエリアにはっきりわかれている地域を考えます。今、『3万円以下はほぼ入居済、ほとんど空き家なし、10 万円以上の所はいっぱい空いており、 家賃６ 万円の家々が、ちょうど 半々入居者いて、半分は空き家です』という状況を考えます。すると、この半々の家賃である「６ 万円」がフェルミ準位に対応する値です。
先の例において「3~9万円台」が禁則帯にあたり、半導体の種類によって、禁則帯のど真ん中がフェルミ準位であったり、価電子帯側や伝導帯側に寄っていたりします。
以上より、正解は 1 です。
類題 H28no29
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