半導体関係についての質問です(2つ)

質問

1.共有原子価について
　半導体の不純物ドーピングの所で、ドーピング材料を考えるときに、格子ひずみを減らすため、共有原子価の半径を最小化すべきであると書いてあるのですが、よく意味がわかりません。そもそも共有原子価ってなんでしょうか？

2.自己補償効果について
4族半導体(Si)は共有結合だか、3-5族、2-6族半導体とワイドギャップ半導体になるにつれて、イオン結合性が出てきて、それにより、補償効果が起こりやすいというのは、どういうことなんでしょうか？

できたらできるだけわかりやすくお願いいたします。

回答No.1

ichiroy

かなり難しいところから入りましたね...
最初に前置きするとあまり共有原子価って言葉は聞いたことがないんですが、一応アドバイスとして。
とりあえず１）について書いてみます。
少々乱暴かもしれませんがなるべく簡単に書きます。まず最も良く知られているシリコン(Si)を例にします。

そもそもドーパントは何故入れるのか？半導体の電気を流しやすくするために入れます。そのために電子を流れやすくするために最外殻電子が一個多い五価の原子を入れます（一個少ないものもありますがここでは省きます。）そうするとドーパントの四個の電子は共有結合して安定しますが、余った一個が自由に動き回るので電気が流れ易くなるわけです。ただここでなるべくシリコンと同じような原子量をもつ五価の原子が適しています。何故か？
シリコンと全く異なる大きな原子量を持つ五価の原子を想像して下さい。書き忘れましたがシリコンは単結晶が半導体の性質をもつため、整然と並んでいなければいけません。そこの中にシリコンと非常に異なる大きな原子量を持つ五価の原子がきたらどうなるでしょう。
ドーパントとして適しているでしょうか？結晶性が失われてしまわないでしょうか？
結晶性が失われると半導体の性質が失われてしまいますので、その部分は半導体としての欠陥になってしまいます。つまり結晶構造が失われてしまうことを格子ひずみといっています。

従ってなるべく同じような原子量で、共有結合半径を同じ位にするのが結晶性の観点からいって望ましいとうことになります。
かなり乱暴な説明でしたがこんな感じでとらえてみて下さい。

お礼

ご回答ありがとうございます。
なるほど、わかりやすい説明ありがとうございます。よくイメージできるようになりました。
今後の勉強に役立てたいと思います。
本当にありがとうございました。