39PM51｜第39回 臨床工学技士国家試験 過去問

正答

5

この問題のポイント

この問題では、半導体の不純物、Si結晶の結合、熱励起、ダイオードの逆方向特性が問われています。

半導体では、電子を供給する不純物をドナー、ホールを供給する不純物をアクセプタと呼びます。5価原子を加えると n形半導体、3価原子を加えると p形半導体になります。

解説

小項目を確認します。

• ａ．真性半導体にホールを供給する不純物をドナーという。
  誤りです。ホールを供給する不純物はアクセプタです。ドナーは電子を供給します。

• ｂ．真性半導体に 5 価の原子を微量注入したものを p 形半導体という。
  誤りです。5価原子を加えると余分な電子が供給され、n形半導体になります。p形半導体は、3価原子を加えてホールを多数キャリアにしたものです。

• ｃ．Si の結晶は隣り合う原子同士が金属結合している。
  誤りです。Si結晶では、隣り合う原子同士が価電子を共有する共有結合をしています。金属結合ではありません。

• ｄ．Si 原子の最外殻電子は外部から熱を与えられると自由電子になる。
  正しいです。熱エネルギーにより価電子が結合から離れ、伝導帯へ移動すると自由電子として電気伝導に関与します。

• ｅ．ダイオードに印加する逆方向電圧を高くすると、ある電圧で急激に電流が流れる。
  正しいです。逆方向電圧を高くすると、降伏電圧でツェナー降伏やアバランシェ降伏が起こり、急激に逆方向電流が流れます。

したがって、正しい小項目は ｄ、ｅ であり、選択肢5が正答です。

ひっかけポイント
「ドナー」は電子を与えるので n形、「アクセプタ」は電子を受け取ってホールを作るので p形、と言葉の意味から整理すると覚えやすくなります。

選択肢の確認

1．誤り。
選択肢1は ａ、ｂ の組合せです。ａはホールを供給する不純物をドナーとしている点が誤りです。ｂは5価原子でp形半導体としている点が誤りです。

2．誤り。
選択肢2は ａ、ｅ の組合せです。ｅは正しいですが、ａが誤りです。ホールを供給する不純物はアクセプタです。

3．誤り。
選択肢3は ｂ、ｃ の組合せです。5価原子を加えるとn形半導体になり、Si結晶の結合は金属結合ではなく共有結合です。

4．誤り。
選択肢4は ｃ、ｄ の組合せです。ｄは正しいですが、ｃが誤りです。Si結晶は共有結合で成り立っています。

5．正しい。
選択肢5は ｄ、ｅ の組合せです。熱によりSiの最外殻電子が自由電子になること、逆方向電圧を高くすると降伏により急激に電流が流れることは、いずれも正しいです。

覚えるポイント

• ドナーは電子を供給し、n形半導体を作ります。
• アクセプタはホールを供給し、p形半導体を作ります。
• 5価原子を加えると n形、3価原子を加えると p形です。
• Si結晶は共有結合です。
• 逆方向電圧が高くなると、降伏電圧で急激な逆方向電流が流れます。