半導体とは何かを誰でも分かるように直感的に解説

半導体を一言でいうなら導体よりも電気を通しにくく、絶縁体より通しやすい物質です。

なぜこのような性質を持つのでしょうか？この半導体の性質を理解するには「電子」と「穴」がキーワードになります。

本ページでは難しいことは一切抜きにして、以下のことを直感的に解説します。

• 半導体と導体、絶縁体の違い
• 半導体の基本性質
• P型半導体とN型半導体の違い

導体と半導体と絶縁体の違い

導体、半導体、絶縁体の違いを直感的なイメージで解説します。

電気の流れは電子の動きによって起こります。物質ごとの電気の流れやすさによって、導体や半導体、絶縁体に分類されます。

導体とは

導体は電気を通しやすい物質のことです。具体的にはアルミや銅などの金属が導体です。

導体が電気を通しやすい理由は、図1のように物質内部を電子が自由に動けるからです。

半導体とは

半導体は導体より電気は通しにくいが、絶縁体より電気を通しやすい物質です。

半導体は電子が吸い寄せられる穴があります。電子はこの穴に捕まってしまうので自由に動けません。しかし図2のようにこの穴を飛び飛びに電子が移動できます。そのため多少は電気を流すことができます。

ちなみにこの穴のことを正孔またはホールと呼びます。

絶縁体とは

絶縁体はご存じの通り、ゴムなどの電気を通さない物質のことです。

図3のように電子が動くスペースが無いため電気が流れません。

半導体の性質

ではここから半導体の性質について、より詳しく解説していきます。

半導体の基本的な性質

半導体の基本的な性質は上で述べたように、穴(正孔)を飛び飛びに電子が移動するから、電気は流れにくいけど完全に流れないわけではないことでした。

ただし半導体は通常図4のように電子の数と穴の数が同じです。この場合、電子が次に入れる穴がありません。そのため通常の半導体では電気を非常に流しにくくなります。

そこで半導体に他の物質を混ぜることで電気を流れやすくしたものが、P型半導体、もしくはN型半導体と呼ばれます。

P型半導体とは？

まずはP型半導体から説明します。

P型半導体は半導体に他の物質を混ぜて、穴を増やしたものです。PはポジティブのPであり、正孔(穴)が移動しているようにみえるためP型と呼ばれます。

P型半導体のイメージは図5です。

穴が電子より多いP型半導体では、電子が入っていない穴へ電子が飛び込んでいけます。そのため電子は移動しやすくなり電気の流れが起こりやすくなります。

N型半導体とは？

一方N型半導体は、半導体にある物質を混ぜて電子の数を増やしたものです。

穴より電子が多くなるため、どの穴にも入らない電子が増えます。

この余った電子は自由電子と言い、穴へ引き寄せられないので物体の中を自由に動けます。イメージは図6です。

この自由電子の動きは電気の流れです。よって純粋な半導体より電気が流れやすくなります。

おわりに

以上、半導体の直感的な解説でした。

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