半導體技術は現代の電子機器の心臓であり、コンピュータから通信機器まで幅広く応用されている。シリコンの一般的な応用は半導體製造業であり、それは一般的で結晶構造を構築しやすく、電子機器のコア部品に支持を提供するためである。

半導體の性能は、純粋な半導體に特定の不純物を添加し、電気的、光學的、構造的特性を変化させることを含むドーピングという正確なプロセスによって向上させることができる。ドーピングの結果、內包半導體からドーピング半導體への遷移が実現される。

ドープされた不純物は主にN型とP型の2種類に分けられる。シリコンをN型にドープする場合、通常は微量の砒素またはリンを添加し、これらはいずれも5個の価電子を有する。これらがシリコン格子に埋め込まれると、多く出てくる1つの電子はシリコンと共有結合を形成できず、自由になり、電流の形成に役立ちます。これに対応するのがP型ドーピングであり、ドーピング元素としてホウ素やガリウムを用いることが多い。この2つの元素は3つの価電子しかなく、組み込んだ後にシリコン格子に「空洞」、すなわち価電子の欠位をもたらし、これにより電子は価電子帯の中で自由に移動することができ、ドーピング元素は格子に固定されているために電子の欠失位置に電子と反対方向の移動、いわゆる「空洞流」を生じる。

N型とP型半導體の最も直接的な違いは、電荷キャリアのタイプである。N型半導體では自由電子であるが、P型半導體では「空洞」または電子欠損部である。どちらも半導體ですが、導電性には限界があります。

N型半導體をドーピングする場合は、シリコンに少量の砒素やリンを導入するだけで、これらの元素は5つの外層電子を持ち、シリコンと結合する際に大きな不和を生じることはありません。シリコンと共有結合していない1つの電子は自由に移動でき、電流のスムーズな通過を可能にします。P型ドーピングでは、ホウ素またはガリウムが添加剤として選択され、これらは3つの外層電子しかないため、シリコン格子に組み込まれたときに価電子帯に形成される空孔は電子の流れを可能にし、ドーピング元素の固定位置により、可動的な正電荷が形成される。

N型とP型シリコンが結合すると、ダイオードのように接觸界面が特別な性質を示すことになります。ダイオードの動作原理は、一方向の流れを可能にする回転ドアに似ており、電流だけを一方向に流す。

要するに、ミクロ的な角度から見ると、物質世界の多くの奇跡はP-N接合の特性に起源している。N型半導體には追加の電子があり、P型半導體には補填が必要な電子空洞がある。通常、電子はP型半導體に移動し、空洞と結合することで、両者の間に電荷を持たない中性領域を形成し、「空乏領域」と呼ばれています。

空乏領域の存在にもかかわらず、両側の原子は安定狀態を達成するために電子を獲得するか、または電子空洞から抜け出すことを切望している。しかし、空乏領域は電荷の流れを許さないため、これらの願いは実現しにくく、空乏領域の両端に電荷が堆積し、電流の流れを阻害する障壁を形成した。

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