復習コーナー１
半導体ダイオード
半導体のｐｎ接合はｐ側が正のとき、ある閾値を超えると電流がよく流れる（順方向）
逆方向に電圧を加えると電流が流れにくい
逆方向電圧がツェナー電圧を超えると急に電流が流れる
整流－半波整流と全波整流－
電灯線：交流、正負の極性が時間とともに正弦波的に周期的に変化E=E0sinwt
半波整流：一方の極性のみをとる
全波整流：絶対値をとる
整流回路(教科書p16)
半波整流回路
１個のダイオードだけだと、正弦波の正の部分のみが出力される
全波整流回路
４個のダイオードをブリッジにすることで、正弦波の負の部分を折り返し絶対値をとることができる
前回の問題
pn接合ダイオードのI-V特性を測定するには、どのような装置を用意し、どのような配線をすればよいかを考えて、具体的なやり方を書いて下さい。
解答 直流法①[順方向]
用意する装置：直流電源、電圧計、電流計
– 順方向特性：直流電源の正極から直流電流計を通してダイオードの＋に接続、ダイオードの－は直流電源の負極につなぐ。
– 順方向小電流のとき、電源は定電圧(CV)モードで動作させる。電圧計は電源に並列に接続する。電圧を上げていき、ダイオード両端の電圧とダイオードに流れる電流の関係をプロットする。
– 順方向大電流のとき、ダイオードの両端に電圧計(内部抵抗の高いもの)を接続する。直流電源をCCモードとし、つまみを回して、電流を上げていき、ダイオード両端の電圧とダイオードに流れる電流の関係をプロットする。
解答 直流法② [逆方向]
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逆方向特性：直流電源の負極から直流電流計を通してダイオードの－に接続、ダイオードの＋は直流電源の正極につなぐ。
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ツェナー電圧以下ではダイオード電流が小さいので、電源の両端に電圧計を接続する。直流電源のつまみを回して、電圧を上げていき、ダイオード両端の電圧とダイオードに流れる電流の関係をプロットする。電源は定電圧(CV)モードで動作させる。
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ツェナー電圧以上では定電流(CC)モードで電源を動作させる。ダイオードを流れる電流が大きいので、ダイオードに並列に電圧計を入れる。電流を変化しながら電圧をプロットする。
解答(2) 交流法
ファンクションジェネレータからの交流電圧をダイオードと抵抗を直列につないだ回路に印加する。
印加電圧をオシロのX軸に、抵抗の両端の電圧（電流に相当）をオシロのY軸に印加。オシロをXYモードで動作させる。
復習コーナー２
半導体とは
半導体というのは、導体(金属)と不導体(絶縁体)の中間の電気伝導率をもつ物質という意味。
金属は温度が上がると電気が流れにくくなる性質を持つが、半導体は逆に、温度が高いほど電気が流れやすくなる性質をもつ。
半導体の電気伝導性は金属と違って人為的に制御でき、抵抗値は金属に近いものから、絶縁体に近い値までをとる。
半導体の抵抗率
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(佐藤・越田：応用電子物性工学 図4.2)
半導体の電気抵抗率の温度変化
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(佐藤・越田：応用電子物性工学)
半導体のいろいろ
半導体の主役はIV属元素のSi(珪素：シリコン）：PCのCPUやメモリ(DRAM)の材料は、すべてSi。
IV属をIII属元素とV属元素で置き換えたIII-V族化合物(GaAs, InAs,
GaP, GaN・・）も半導体の性質をもつ。II属とVI属に置き換えたII-VI族化合物(CdTe, ZnSe・・）も半導体である。
II-VI族化合物のII属金属をI属とIII属に置き換えたI-III-VI2族化合物(CuInSe2)も半導体の性質をもつ。
半導体について知ろう
よく使われる半導体
シリコン(Si) （化学名：珪素）
電子デバイス材料、太陽電池材料
ガリウムヒ素(GaAs) （化学名：砒化ガリウム）
LED材料、光通信用レーザ材料、高周波デバイス材料
インジウムガリウム窒素(InGaN) （窒化インジウムガリウム）
青色LED材料、青紫色レーザ材料
カドミウムテルル(CdTe) （化学名：テルル化カドウム）
太陽電池材料
シーディーエス(CdS)
（化学名：硫化カドウム）
光センサ材料
こんなにある半導体
単元素半導体：Si, Ge
化合物半導体
III-V族：AlN, GaN, InN, AlP, GaP, InP, AlAs, GaAs, InAs,
GaSb, InSb
II-VI族：ZnO, CdO, ZnS, CdS, HgS, ZnSe, CdSe, HgSe, ZnTe,
CdTe, HgTe
I-VII族：CuCl, CuBr,
CuI, AgCl, AgBr, AgI
I-III-VI2族：CuAlS2,
CuGaS2, CuInS2, …
II-IV-V2族：ZnSiP2,
CdGeP2, ….
混晶半導体
半導体と周期表
半導体の色
– バンドギャップより低いエネルギーの光を全部通す
– Eg>3.3eV：無色透明
– Eg=2.6eV：黄色
– Eg=2.3eV：橙色
– Eg=2.0eV：赤色
– Eg<1.7eV：不透明
pn接合ダイオード
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半導体にはｎ型半導体とｐ型半導体がある。
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n型：電子が電気伝導の主役になる半導体
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ｐ型：ホールが電気伝導の主役になる半導体
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ｐ型半導体とｎ型半導体を接合した構造は、電流を一方向にのみ流す「ダイオード」となる。
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ｐｎ接合ダイオードのｐ/ｎ界面付近には、電子もホールもいない空乏層という領域が生じ、そこに「内蔵電位差」による強い電界が生じる。
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ｐｎ接合ダイオードにおいて、内蔵電位差を超える電圧を順方向に加えると、障壁がなくなって電流が流れやすくなる。逆バイアスすると空乏層が広がって電流が流れなくなる。
ｎ型、ｐ型半導体
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Si(シリコン)にP(リン)を添加すると、電子がキャリア(電気の運び手)となるｎ（=negative：負）型半導体ができる。
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Si(シリコン)にB(ホウ素)を添加すると、ホール(電子の抜け孔:正の電荷をもつので正孔という)がキャリアとなるｐ（=positive：正）型半導体ができる。
ちょっと背伸び
エネルギーバンド
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３年次後期「固体物理学」で学ぶことを先取り。
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半導体の電子状態は、孤立した原子やイオンの電子状態と異なって、結晶全体に広がった波動関数で記述できる。このとき、電子が取り得るエネルギーは幅をもち、エネルギーバンドと呼ばれる帯になる。
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固体を構成する原子に由来する電子をエネルギーの低い帯から順に詰めていって、占有された最もエネルギーの高い帯を価電子帯と呼び、空の帯のうち最も低いものを伝導帯と呼ぶ。
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価電子帯と伝導帯の間の隙間をバンドギャップという。
半導体ｐｎ接合とバンド構造
順バイアスと逆バイアス
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順バイアス：空乏層が消滅しキャリアは接合部を通過して電流が流れる。
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逆バイアス：ホールは－極に、電子は＋極に引き寄せられ、空乏層が広がり電流は流れない。
ちょっと実用回路コーナー
２石トランジスタラジオ （１）配線図
・トランジスタ技術編集部編「実験と工作で学ぶ初めてのエレクトロニクス」 CQ出版社2001年より
・２石ラジオのブロックダイアグラム
・２石トランジスタラジオ （２）写真と実体配線図
参考AMラジオの電波
• AMとは振幅変調(amplitude
modulation)
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純粋な正弦波高周波
の電磁波(搬送波)の
振幅を音声信号で
変化させる変調方式
• 教科書p.99
参考AM電波の復調
・ AM波から原信号を再生する回路を復調回路(検波回路)という。
・ AM波は包絡線が信号波なので、ダイオードで整流し、振幅の変化分を信号として取り出す。
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教科書p103
第３回の問題
半導体と金属の導電性およびその温度変化の違いを述べよ。
pn接合が整流性(順バイアスの時電流が流れやすく、逆バイアスでは流れにくい)をもつことを説明せよ。