44AM16｜第44回第2種ME技術実力検定試験過去問

Si の真性半導体の結晶における原子の結合はどれか。

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正解: 1

正答

この問題では、Si、シリコンの真性半導体結晶で、原子同士がどのように結合しているかが問われています。

Si 原子は最外殻電子を4個もち、隣り合う Si 原子と電子を共有して結晶を作ります。
したがって、Si の結晶における原子の結合は共有結合です。

真性半導体とは、不純物を加えていない純粋な半導体のことです。代表例は Si、シリコンや Ge、ゲルマニウムです。

Si は周期表の14族元素で、最外殻電子を4個もっています。安定な電子配置に近づくために、周囲の Si 原子と電子を共有します。

このように、原子同士が電子を共有してできる結合を共有結合といいます。

Si 結晶では、1つの Si 原子が周囲の4つの Si 原子と共有結合を作り、規則正しい結晶構造を形成します。この結晶構造が半導体の電気的性質の基礎になります。

半導体では、熱エネルギーや光エネルギーによって共有結合の一部が切れると、自由電子と正孔が生じます。これが半導体の電気伝導に関係します。

第2種MEではここを押さえる
半導体の基本では、Si は共有結合、真性半導体は不純物を含まない半導体、不純物を加えると n 型・p 型半導体になる、という流れで整理します。

ひっかけポイント
金属のように自由電子が多いわけではなく、イオン結晶のように陽イオンと陰イオンが静電気的に引き合うわけでもありません。Si 結晶は、電子を共有してできる共有結合の結晶です。

1．共有結合
正しい。
Si 原子は最外殻電子を4個もち、隣り合う Si 原子と電子を共有して結晶を作ります。したがって、Si の真性半導体結晶における原子の結合は共有結合です。

2．金属結合
誤り。
金属結合は、金属原子の間で自由電子が結晶全体を動き回るような結合です。Si は金属ではなく半導体であり、真性半導体の結晶では共有結合が基本です。

3．水素結合
誤り。
水素結合は、水分子やタンパク質、DNA などでみられる比較的弱い相互作用です。Si 原子同士の結晶結合を説明するものではありません。

4．分子間結合
誤り。
分子間結合は、分子と分子の間にはたらく弱い結合や相互作用を指すことが多いです。Si の結晶は、独立した分子が集まった構造ではなく、Si 原子が共有結合で連続的に結びついた結晶です。

5．イオン結合
誤り。
イオン結合は、陽イオンと陰イオンの静電気的な引力による結合です。NaCl などで代表的にみられます。Si の真性半導体結晶は、イオン結合ではなく共有結合でできています。