【電子デバイス・集積回路講座 第2回】半導体に機能を宿すしくみ｜不純物半導体からPN接合・ダイオードまで

#半導体 #半導体デバイス #電子デバイス #集積回路 半導体に機能を持たせるための基本となる「不純物半導体」から「PN接合」「ダイオード」まで、半導体デバイスが動作するしくみを順を追って解説します。 前回は、エネルギーバンドやフェルミ準位、真性キャリア濃度など、半導体を理解するための基礎物理を学びました。 今回は、その知識を基に、不純物を添加することで半導体の性質がどのように変化するのかを考えます。さらに、n型半導体とp型半導体を接合すると何が起こるのか、なぜダイオードは電流を一方向に流しやすいのかを、電子や正孔の振る舞いから説明します。 本動画では、以下の内容を学びます。 ・不純物半導体とは ・n型半導体とp型半導体 ・ドナーとアクセプタ ・多数キャリアと少数キャリア ・PN接合とキャリアの拡散 ・空乏層の形成と内部電界 ・ダイオードの順方向・逆方向バイアス ・ダイオードの電流–電圧特性 ・ダイオードの整流作用 数式を覚えるだけでなく、「なぜ少量の不純物をドープするのか」「なぜ綺麗な場所（クリーンルーム）でシリコンが加工されるのか」「なぜPN接合では電圧を加える方向によって電流の流れやすさが変わるのか」を、できるだけ直感的に説明しています。 ぜひ半導体内で起こっている「ロマン」を感じていただければ幸いです。 不純物半導体とPN接合は、ダイオードだけでなく、トランジスタや集積回路の動作原理を理解するためにも重要な基礎となります。 半導体デバイスを初めて学ぶ方や、半導体の基本的なしくみを改めて理解したい方に活用いただければ幸いです。 【チャプター】 0:00 はじめに 1:42 (半導体基礎物理の復習) 金属・半導体・絶縁体のエネルギーバンド構造 2:58 (半導体基礎物理の復習) 熱励起および電子・正孔対 4:47 (半導体基礎物理の復習) 真性キャリア濃度 7:45 なぜ半導体に不純物を添加するのか（不純物半導体） 9:24 p型半導体 12:12 n型半導体 14:33 p型・n型半導体のエネルギーバンド（多数キャリア・少数キャリア） 17:44 少量の不純物を入れる効果は？なぜ純度の高いシリコンが求められるのか？ 23:01 シリコンが半導体の主流になった理由 24:28 PN接合の形成・再結合・空乏層・内部電界 28:01 PN接合におけるエネルギーバンド構造・拡散電位 31:10 PN接合ダイオードの電気特性をエネルギーバンド構造から解説 40:00 ダイオードを用いた整流回路の確認 41:05 まとめ 42:05 Kanemoto.techの紹介 東京理科大学「電子デバイス」の反転授業で使用している講義動画です。半導体デバイスや集積回路を初めて学ぶ大学生の方々や、半導体物理を基礎から学び直したい社会人の方々にも活用いただける内容となっています。 省エネ技術で未来を創る Kanemoto.tech Web：https://kanemoto.tech #半導体 #半導体デバイス #電子デバイス #不純物半導体 #n型半導体 #p型半導体 #PN接合 #ダイオード #空乏層 #フェルミ準位 #整流作用 #集積回路 #電子デバイスのロマン #省エネ技術で未来を創る 【おすすめ図書】 動画内でも紹介させていただきました、電子を水、正孔を気泡として説明している面白い教科書です。是非ご参考にしてください。 半導体デバイス工学: 絵から学ぶ（昭晃堂） 谷口 研二 (著), 宇野 重康 (著)