n型半導体・p型半導体とは

n型半導体では自由電子が動いて負の電荷を運び、p型半導体では正孔が動いて正の電荷を運びます。 東京エレクトロンの公式用語集はこのように記述しています。

定義・解説

純粋なシリコンは、そのままではあまり電流を運びません。役に立つのは、微量の不純物を加えることで電流の運び手を選べる点です。

東京エレクトロンの公式用語集は、n型半導体について、電圧をかけると自由電子が動いて負の電荷を運び電流を生じると記述しています。同じくp型半導体については、正孔が動いて正の電荷を運んで電流を生じると記述しています。

n型は運び手が余っている状態、p型は運び手が入るべき空席がある状態と考えると分かりやすくなります。

正孔は「電子が抜けた場所」です。隣の電子がその場所へ移れば、抜け穴は隣へ移ったことになります。電子が右へ動いていく現象を、抜け穴が左へ動いていくと言い換えているにすぎません。ただしこの言い換えをすると、電流を正の電荷の流れとして素直に扱えます。

運び手が余るか、空席があるか

n型では自由電子が、p型では正孔が電荷を運びます。同じシリコンを2種類に作り分け、隣り合わせに置くと、境目で一方向にだけ流れやすい性質が生まれます。

n型とp型は、材料として別々に用意するものではありません。1枚のシリコンウェハの中で、場所ごとに作り分けます。

担うのはイオン注入です。ドーパントをイオンにして加速し、狙った領域へ打ち込みます。打ち込む量が濃度を、打ち込むエネルギーが深さを決めます。マスクで覆えば、覆った場所には入りません。

打ち込んだだけでは、まだ電気的に働きません。ドーパント活性化の熱処理を経て格子位置へ収まって、はじめてn型やp型として振る舞います。同時に、打ち込みで乱れた結晶も回復します。

マスクが打ち込みを止め、熱をかけてはじめて働きます

イオン注入では、マスクが打ち込みを止め、開いた場所だけにドーパントが入ります。熱処理で格子位置へ収まって、はじめてn型やp型として振る舞います。

同じウェハの中に、n型の領域とp型の領域を設計どおりに描く。この作業の積み重ねが、回路の形になります。

n型半導体とは何ですか？

東京エレクトロンの公式用語集は、n型半導体では電圧をかけると自由電子が動いて負の電荷を運び、電流を生じると記述しています。

p型半導体とは何ですか？

東京エレクトロンの公式用語集は、p型半導体では電圧をかけると正孔（電子の抜け穴）が動いて正の電荷を運び、電流を生じると記述しています。

正孔とは何ですか？

電子が抜けた場所です。隣の電子がそこへ移れば、抜け穴は隣へ移ったことになります。電子が一方向へ動くのを、抜け穴が逆方向へ動くと見なした呼び方です。

どうやって作り分けるのですか？

加える不純物の種類で決まります。同じシリコンでも、何を微量に混ぜるかによって余る電子が生じるか、電子の抜け穴が生じるかが変わります。

なぜ2種類に分けるのですか？

境目に性質が生まれるためです。n型とp型を隣り合わせに作ると、境界では一方向にだけ電流が流れやすい構造になります。ダイオードもトランジスタも、この作り分けの組み合わせでできています。

どの工程で作り分けますか？

イオン注入と熱処理です。ドーパントを加速して打ち込み、熱をかけて格子位置へ収めることで、狙った領域だけをn型やp型にできます。

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