半導体19【電験3種 理論】不純物半導体（5価のリン・ヒ素でn形・ドナー）を判別する！平成25年度 A問題11 完全解説

今回は平成25年度 理論科目 A問題11を解説します。ケイ素(Si)の真性半導体にリン(P)やヒ素(As)を加えたときの元素の価数・半導体の形・加えた不純物の呼び名を問う穴埋め問題です。

Siは4価。これに価電子が1個多い5価のP・Asを加えると、余った電子が自由電子となりn形半導体になります。電子を供給するこの不純物をドナーと呼ぶことを押さえれば解けます。

出題のポイント

平成25年度 理論科目 A問題11：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 理論科目 【電子理論（半導体等）】 平成25年度 A問題11

　次の文章は、不純物半導体に関する記述である。

　極めて高い純度に精製されたケイ素(Si)の真性半導体に、微量のリン(P)、ヒ素(As)などの(ア)価の元素を不純物として加えたものを(イ)形半導体といい、このとき加えた不純物を(ウ)という。

　ただし、Si、P、Asの原子番号は、それぞれ14、15、33である。

上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)及び(ウ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

	(ア)	(イ)	(ウ)
(1)	5	p	アクセプタ
(2)	3	n	ドナー
(3)	3	p	アクセプタ
(4)	5	n	アクセプタ
(5)	5	n	ドナー

ポイント解説：5価のP・Asでn形半導体、加えた不純物はドナー

ケイ素Si（原子番号14）は価電子4個の4価。リンP（原子番号15）やヒ素As（原子番号33）は価電子5個の5価（(ア)＝5）。Siに5価の元素を加えると、共有結合に使われず余った電子が自由電子となって結晶中を動き回る。

自由電子（負のキャリヤ）が多数キャリヤとなるのでn形半導体（(イ)＝n）。電子を供給するこの5価の不純物をドナー（(ウ)＝ドナー）という。よって(ア)5・(イ)n・(ウ)ドナーの(5)。なお3価（ホウ素など）を加えると正孔が多数キャリヤのp形になり、その不純物はアクセプタと呼ばれる。

問題の解説

STEP1　(ア) 価数

P・Asは価電子5個の5価元素（Siは4価）。(ア)＝5。

STEP2　(イ) 半導体の形

4価のSiに5価を加えると電子が1個余り自由電子になる。電子が多数キャリヤのn形。(イ)＝n。

STEP3　(ウ) 不純物の呼び名

電子を供給する5価の不純物はドナー。(ウ)＝ドナー。よって(5)。

答え：(5)

まとめ

(ア)	5価（P・As）
(イ)	n形半導体
(ウ)	ドナー
対比	3価→p形・アクセプタ
答え	(5)

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