半導体
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２０１４年のノーベル物理学賞は「青色ＬＥＤの発明」です。 「ＬＥＤ」とは「 Light - emitting Diode 」の頭文字をとったもので、 「 Light 」は「光」、「 emitting 」は「発する」という動詞「 emit 」の動名詞ですから、 「 Light emitting 〜 」で「光を発する〜（発光〜）」という意味になります。 これら２つの単語は、単に語彙力でしょうが、 最後の「 diode 」については、「ダイオード」という日本語訳が分かっても、 「ダイオード」って何？・・・ということになります。 「青色ＬＥＤ」とは、「青色発光ダイオード」のことであり、 この発明により、“光の３原色”を発光ダイオードで出力することができるようになり、 すなわち、白色も含めて、すべての色を発光ダイオードで表現することができるようになったので、 色彩豊かな電飾を、省エネで実現できるね！・・・と盛り上がりたいところですが、 やはり気になる、「ダイオード」って何？・・・です。 ・・・というわけで、「ダイオード」を調べてみることにしましょう！ 【半導体】 抵抗率が小さく、電気をよく流す物質を「導体」、 抵抗率が大きく、電気を流しにくい物質を「不導体（絶縁体）」と言い、 導体と不導体の間に位置するのが「半導体」です。 温度を変化させるとき、 導体では、温度が高くなるほど、抵抗率が増加し、電気が流れにくくなります。 これは、導体の場合、金属の温度が上昇すると、金属の陽イオンや自由電子の熱運動が激しくなり、 自由電子と陽イオンの衝突回数が増え、自由電子が導体中を進みにくくなるからです。 一方、半導体では、温度が高くなると、抵抗率が減少し、電気が流れやすくなります。 これは、原子間の結合を担っていた電子の一部が、エネルギーを得て、自由電子になるからで、 これに伴い、電子が抜け出して生じた孔（ホール）も増え、全体として、電気を伝える担い手が増加します。 【ｎ型半導体】 １４属元素であるケイ素やゲルマニウムの純粋な結晶中に、 １５属元素であるリンやヒ素を“不純物”として少し混ぜると、どうなるでしょうか？ １５族元素は価電子が５個なので、周りの１４族元素と共有結合をした上で、電子が１個余ります。 この余った電子が自由電子のように振舞い、電気を伝えるのです。 「ｎ型」の「ｎ」は、「 negative 」の頭文字であり、電子の電荷が負であることに因んでいます。 【ｐ型半導体】 １４元素であるケイ素やゲルマニウムの純粋な結晶中に、 １３族元素であるホウ素やアルミニウムを“不純物”として少し混ぜると、どうなるでしょうか？ １３族元素は価電子が３個なので、周りの１４族元素と共有結合を形成するとき、電子が１個足りません。 １ヶ所だけ“電子の空席”ができ、これは“負の欠席”すなわち、相対的な“正の出席”と解釈できます。 この“正の席（ホール）”を埋めようと電子が移動することで、電気が流れるのです。 【ダイオード】 「ｐ型半導体」と「ｎ型半導体」をくっつけたものが「ダイオード」です。 ｐ型半導体側を電源のプラス極に、ｎ型半導体側をマイナス極につなげたときのみ、電流が流れます。 【発光の有無】 ダイオードが“半導体でできたモノ”であることは分かりました。 ＬＥＤは「発光ダイオード」なので、“発光する、半導体でできたモノ”ということになります。 “発光する半導体”と、わざわざ断っているということは、“発光しない半導体”もあるのでしょうか？ 太陽光発電のパネルにはシリコン（ケイ素）が用いられていますが、太陽光発電のパネルは光りません。 そう、シリコンは発光しないのです。・・・なぜ、発光しないのでしょうか？ 発光する半導体と発光しない半導体の違いは、何なのでしょうか？・・・一緒に学びましょう！ |
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