半導体の比抵抗

質問

半導体の比抵抗が○○Ωcmとありますが，順方向と逆方向で電流の流れやすさは格段に違うと思うのですが，どちらの抵抗値なのでしょうか？それともどちらでもないのでしょうか？逆に，順方向の時の電気抵抗とは金属のそれに近い状態と考えてよいのでしょうか？どの程度抵抗があるのか知りたいのです．ご存知の方お教え頂ければと思います．

回答No.3

Piazzolla · ベストアンサー

回答になっているか自信はありませんが。。。

半導体飼料に流れる電流Iは、
I＝q・n・vd・A
＝q・n・μn・(V/L)・A ・・・(1)

q:電子の電荷量
n:電子濃度
vd:平均ドリフト速度
A:飼料の断面積
L:飼料の長さ
V:飼料にかかる印加電圧
μn:電子の移動度

ある飼料の抵抗を求める式は、
R＝ρ(L/A) ・・・(2)

(1)式と(2)式を比較すると、ｎ型半導体の抵抗率は、
ρ＝1/(q・n・μn)

ｐ型半導体の抵抗率は、ｐを正孔濃度、μpを正孔の移動度とすれば、
ρ＝1/(q・p・μp)

したがって、2つのキャリアで抵抗率を考えると、
ρ＝1/(q(n・μn+ｐ・μp)

で表されます。

＞ある比抵抗RのP型Siを比抵抗rのN型SiとPN接合した場合，順方向の抵抗はどのように表されますでしょうか？

こちらのご質問は、動抵抗を求めることぐらいしか分かりません。

回答No.5

JMPFAR

簡単に言えば、順方向で数１０ｍΩと思って下さい、これはパワーＭＯＳ－ＦＥＴのＯＮした値です。
電子回路で問題になるのはこの程度の知識です。

回答No.4

sanori

んん・・・・・！？

------------

>>>不純物半導体の場合の比抵抗について伺っています．たとえば，ある比抵抗RのP型Siを比抵抗rのN型SiとPN接合した場合，順方向の抵抗はどのように表されますでしょうか？逆に，逆方向の抵抗はどうでしょうか？
という質問となりますが，いかがでしょうか？比抵抗なので厚さの話も絡みますが，要するに一般に言われる比抵抗は，順方向・逆方向どちらの値に近いのでしょうか．何か誤ったことを質問していたらすみません．

----------

Ｐ型とＮ型を接合したものに対して「比抵抗」の概念を適用するのは誤りです。
なぜならば、比抵抗というのは、ｘ、ｙ、ｚ方向に全て一様な材質の材料に対して用いられる概念です。
一様な材質で配線を作ったとき、
比抵抗×配線の長さ÷配線の断面積
が、配線の抵抗値になります。
ＰＮ接合のように一様でない、しかも、バイアスをかける方向が順・逆の２通りしかないような場合には、比抵抗の概念がないのです。

＜ＰＮダイオードの順方向の抵抗＞

イメージとしては、棒磁石（例えがまずいかもしれませんが）のような形で、真ん中を境目に左がＮ型、右がＰ型というのを考えましょうか。
右から左に向かって順方向電流が流れます。
そのとき抵抗値は、Ｎ型の部分の抵抗とＰ型の部分の抵抗の合計になります。（←２つの抵抗の直列つなぎなので単純に２つの抵抗値を合計）
なお、ここで各々の抵抗は、
比抵抗×長さ（棒の半分）÷棒の断面積
です。

イメージとしては、これでよいと思います。
厳密には、ほかの寄生抵抗を合算しなくてはいけません。
参考までに、下記リンクをご覧になってください。文章の中に何度か登場する「直列抵抗Ｒｓ」というものがそれです。
http://jaco.ec.t.kanazawa-u.ac.jp/edu/vlsi/spidev/diode.html

また、注意しなくてはいけないのが、「スレッショルド」です。
たぶんご存知とは思うのですが、ご存知でない場合、下記リンクの「図１０」の右半分を見てください。
ＶＦがスレッショルドです。
ＶＦ以下の電圧では微小電流しか流れず、ＶＦを超えたところから、おおむね電圧に比例した電流が流れて普通の抵抗体に似た特性になります。
http://speana-1.hp.infoseek.co.jp/buhin/diode/diode.htm

＜ＰＮ接合の逆方向特性＞

やはり、ご存知だとは思うのですが、先程のリンク
http://speana-1.hp.infoseek.co.jp/buhin/diode/diode.htm
の図１０の左側が逆方向特性です。
電圧の絶対値が降伏電圧以下の領域では、ほとんど電流が流れず、降伏電圧に達すると突如電流が流れます。
要は、こうした逆方向特性に対して、一般の抵抗体と同様の比抵抗もしくは抵抗の概念は適用できません。

ただ、話は別になってしまうのですが、逆バイアスのＰＮ接合は、ＬＳＩの設計では抵抗体ではなく容量（コンデンサ）として見ます。
逆バイアス時にＰＮ接合部やその付近にできる空乏層の厚さは、電圧の絶対値が大きいほど厚くなり、それにしたがって電気容量が減っていきます。ですから半導体ＬＳＩの設計では、回路特性（特に回路の動作速度）に対するＰＮ接合容量の影響は、必ずシミュレートします。一方、逆方向の抵抗特性や降伏電圧等については、普通、回路シミュレーションの対象とはしません。
（ＬＳＩの定格電圧には関係しますけど）

回答No.2

sanori

順方向と逆方向とで電流の流れやすさが違うとき、それは「整流作用」といまして、いちばん簡単な例がＮ型半導体とＰ型半導体とがくっついたダイオードになります。

物理で最初に習う半導体と言えば、Ｎ型でもＰ型でもない真性半導体でしょう。
真性半導体の場合、その元素（化合物半導体の場合は複数の元素の組み合わせと、その構成比）や結晶構造（結晶欠陥を含む）が決まっていれば、誰が作っても比抵抗は大体同じになります。

工業の世界、特に半導体産業で用いられるシリコンウェハは、実は真性半導体ではなく、ほとんどの場合、ウェハを構成するシリコン全部Ｎ型か、あるいは、全部Ｐ型です。
シリコンウェハの仕様には、Ｎ型かＰ型か、比抵抗はいくらか、等々が記載されています。
半導体ＬＳＩは、Ｎ型またはＰ型のシリコン基板の上に「部品」を色々積み上げていくことによって作りますが、その部品も、Ｎ型半導体、Ｐ型半導体、金属、絶縁体だけであって、真性半導体はどこにも使われません。
（厳密に言うと、そうでないのもありますが、説明は省きます）

お礼

回答ありがとう御座います．不純物半導体の場合の比抵抗について伺っています．たとえば，ある比抵抗RのP型Siを比抵抗rのN型SiとPN接合した場合，順方向の抵抗はどのように表されますでしょうか？逆に，逆方向の抵抗はどうでしょうか？
という質問となりますが，いかがでしょうか？比抵抗なので厚さの話も絡みますが，要するに一般に言われる比抵抗は，順方向・逆方向どちらの値に近いのでしょうか．何か誤ったことを質問していたらすみません．

回答No.1

mii-japan

半導体とダイオードやトランジスタ等の半導体素子を混乱して理解していませんか

半導体をもう一度調べてください
半導体そのものには極性はありません

例えばダイオードやトランジスタはP型半導体とN型半導体を何らかの方法で接合させたもので　これは整流作用や増幅作用を持たせられます

お礼

回答ありがとう御座います．私の質問はNo.2様に返答いたした通りなのですが，いかがでしょうか．お教え頂けると幸いです．