77AM66｜第77回 診療放射線技師国家試験 過去問

正答

1、2

この問題のポイント

この問題は 2 つ選べ の問題です。

真性半導体の絶対零度におけるエネルギーバンド構造を理解する問題です。

絶対零度では、熱エネルギーによって価電子帯の電子が伝導帯へ励起されません。

したがって、

• 伝導帯は空帯
• 禁制帯にはキャリアは存在しない

となります。

解説

半導体では、電子の存在できるエネルギー領域と、存在できないエネルギー領域があります。

主な用語は次の通りです。

• 価電子帯：絶対零度で電子が満たされているエネルギー帯
• 伝導帯：電子が入ると電気伝導に寄与できるエネルギー帯
• 禁制帯：電子が存在できないエネルギー領域
• フェルミ準位：電子の占有状態を考える基準となるエネルギー

真性半導体とは、不純物をほとんど含まない純粋な半導体です。

絶対零度では、価電子帯は電子で満たされ、伝導帯には電子が存在しません。

そのため、伝導帯は空帯となります。

また、禁制帯はそもそも電子が存在できないエネルギー範囲です。

したがって、禁制帯に電子や正孔などのキャリアは存在しません。

ひっかけポイント
真性半導体では、室温では一部の電子が伝導帯へ熱励起され、電子と正孔が生じます。
しかし、この問題は絶対零度です。
絶対零度では熱励起がないため、伝導帯は空です。

半導体と絶縁体の違い

半導体と絶縁体はいずれも禁制帯を持ちます。

ただし、一般に半導体の禁制帯幅は絶縁体より小さいです。

禁制帯幅が小さいため、室温で一部の電子が伝導帯へ励起され、電気伝導に寄与します。

選択肢の確認

1．正しい。
絶対零度の真性半導体では、価電子帯の電子は伝導帯へ熱励起されません。

そのため、伝導帯は電子のない空帯となります。

2．正しい。
禁制帯は電子が存在できないエネルギー領域です。

したがって、禁制帯にキャリアは存在しません。

3．誤り。
半導体の禁制帯幅は、一般に絶縁体より小さいです。

禁制帯幅が絶縁体より大きいわけではありません。

4．誤り。
絶対零度では価電子帯は電子で満たされています。

満たされたバンドでは、電子は自由に移動できず、電流には寄与しません。

5．誤り。
真性半導体のフェルミ準位は、一般に禁制帯のほぼ中央付近にあります。

価電子帯内に存在するわけではありません。

覚えるポイント

• 絶対零度の真性半導体では、伝導帯は空帯。
• 絶対零度では、価電子帯は電子で満たされる。
• 禁制帯にはキャリアは存在しない。
• 半導体の禁制帯幅は、絶縁体より小さい。
• 真性半導体のフェルミ準位は、禁制帯のほぼ中央付近にある。