半導体16【電験3種 理論】半導体の性質(真性半導体の抵抗率と温度・不純物半導体)の誤りを判定する!平成28年度 A問題11 完全解説

電験3種 理論科目【電磁気(半導体等)】平成28年度 A問題11 誤りは(2):真性半導体は温度上昇で抵抗率が減少(増加ではない)

今回は平成28年度 理論科目 A問題11を解説します。半導体に関する5つの記述のうち、誤っているものを選ぶ問題です。

真性半導体・不純物半導体(p形・n形)の性質、温度と抵抗率の関係、導電率の大小、電流の向きなどを整理すれば判別できます。温度が上がると真性半導体の抵抗率は減少する点がカギです。

出題のポイント

目次

平成28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 半導体等 平成28年度 A問題11 問題文
平成28年度 理論科目 A問題11 問題文

電験3種 理論科目 【電子理論(半導体等)】 平成28年度 A問題11

 半導体に関する記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

(1)極めて高い純度に精製されたシリコン(Si)の真性半導体に、価電子の数が3個の原子、例えばホウ素(B)を加えるとp形半導体になる。
(2)真性半導体に外部から熱を与えると、その抵抗率は温度の上昇とともに増加する。
(3)n形半導体のキャリアは正孔より自由電子の方が多い。
(4)不純物半導体の導電率は金属よりも小さいが、真性半導体よりも大きい。
(5)真性半導体に外部から熱や光などのエネルギーを加えると電流が流れ、その向きは正孔の移動する向きと同じである。

ポイント解説:誤りは(2)—真性半導体は温度上昇で抵抗率が減少

半導体は金属と逆で、温度が上がると熱エネルギーで自由電子と正孔が多数生成され、キャリヤが増えて抵抗率は減少する(導電率は増加)。(2)は『温度上昇とともに抵抗率が増加する』と述べており、これが誤り。よって答えは(2)。

他は正しい:(1)価電子3個(3価、アクセプタ)のホウ素Bを加えるとp形になる。(3)n形の多数キャリヤは自由電子で、正孔より多い。(4)不純物半導体の導電率は金属より小さいが真性半導体よりは大きい。(5)電流の向きは正の電荷である正孔の移動する向きと同じ。

問題の解説

STEP1 (2)が誤りの理由

真性半導体は温度上昇で電子-正孔対が増え、キャリヤが増加して抵抗率は減少する(金属とは逆の傾向)。『増加する』は誤り。

STEP2 他の選択肢の確認

(1)3価のB→p形(正)。(3)n形の多数キャリヤは自由電子(正)。(4)導電率は金属>不純物半導体>真性半導体(正)。(5)電流の向き=正孔の移動の向き(正)。

STEP3 結論

誤っているのは(2)

答え:(2)

💡 覚え方
真性半導体:温度↑でキャリヤ↑→抵抗率↓(金属と逆)。3価(B)→p形・5価→n形。導電率は金属>不純物半導体>真性半導体。電流の向き=正孔の移動の向き。

⚠️ よくある間違い
半導体は温度↑で抵抗率↓(金属は温度↑で抵抗率↑)。この向きを取り違えると(2)を正しいと誤判定する。

まとめ

(2)誤り温度↑で抵抗率は減少(増加ではない)
(1)3価(B)→p形(正)
(3)(4)n形は自由電子多数・導電率は真性より大(正)
(5)電流の向き=正孔の向き(正)
答え(2)

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