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TOITAの「航空無線通信士受験塾」第29期無線工学第3章半導体・電子管・電子回路 (2)半導体とは?

2021年10月09日 | 「工学」見本記事

       第3章半導体・電子管・電子回路
         (2)半導体とは?

前回、能動素子と受動素子のお話をしました。
受動素子には、抵抗・コイル・コンデンサー等があります
がこれらについては、最終章の電気回路でお話をする事と
しまして、今回は、第3章のタイトルの最初に出てきます、
「 半導体とは、そもそも何?」と言うお話をします。
また、半導体がどの様に能動素子として働くかと言うお話
を次回以降に行います。 (半導体は、 受動素子にも使用さ
れています。)

 
1.半導体とは?
  電気の世界には、電気を通す 導体” 。電気を全然通さ
    ない絶縁体と今回お話をします ”半導体” があります。
    その他、電気を通さない訳では ないのですが 電気を通
    しにくい抵抗があります。抵抗は  導体・絶縁体・半導
    体とは、理屈が違いますので、割愛します。
  電気が流れる事を 電流が流れると言いますが、 電流と
    は、どの様なものなのでしょうか?
  電流とは、 原子の中で 一番外側を廻っている電子が原
    子核
の中にある陽子の力を振り切って自由になって  
    動
する状
を言います。  この電子自由電子と言いま
    す。(空中線の章でお話しをしましたが、  電子に動き
    があればその動きを電流と言いました。)

 上の図の真ん中の赤い丸は、原子核で陽子と中性子から
 出来ています。(もっと他にもありますが、電気におい
 て原子核で重要なのは、陽子だけです。)陽子は、 ”+” 
 の電気を持っています。
 そして水色の丸は、電子です。
 電子は、幾つかの軌道を廻っています。電子は、””の
 電気を持っています。電子は、飛び飛びの軌道のどれか
 しか回れない
と言う事が重要になります。
 原子核からの好きな距離を廻る事は、出来ないのです。

 電子は、原子核から遠い軌道を廻っているもの程、エネ
 ルギーが大きいのです。
 これは、人工衛星を地球から遠い軌道へ打ち上げる程、
 大きなロケットを必要とするのと同じ事です。
 電子の持つエネルギーのレベルで重要なのは、以下の 2
 つです。
 1 つは、価電子帯で、このエネルギー・レベルに属す電
 子は、他の原子との結合の為に働きます。そしてもう 1
 つのエネルギー・レベルは、伝導帯です。

   ※禁制帯は、 電子が 存在出来ないエネルギー・レベで
    す。 
  伝導帯の電子の移動は、電流になります。
  導体の価電子帯の直ぐ上は伝導体でそこに居る電子は
  、僅かな外力(エネルギー) で伝導体に上がる事ができま
  すので、電流が流れやすくなります。
  
  ここで、 外力 と言いましたものには、「熱」、「光」、
   「電圧」等があります。
  ※第3章のタイトルにある電子管(能動素子) は、 真空中
       にある金属の電極を温める事で 金属から電子を放出し
  ます。

  一方、絶縁物は、価電子帯にある電子に 少し位の外力を
  加えても価電子帯と伝導帯の間の 禁制帯の幅が広い為に
    伝導帯へ上がる事が出来ませんので 自由になる事があり
    ません
  よって、絶縁物は、電気を流す事が出来ません

続きは、10 月の「法規」と「工学」のページで お読み下さ
い。

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