pn接合について

質問

pn接合のエネルギーバンド図で、先生が、p型のフェルミレベルとn型のフェルミレベルに電流計(もしくは電圧計)をつないで、電流が流れるか流れないか(電位差が発生するか)。ということを話されていました。
結局逆方向に拡散電流が流れ、電流は流れないんですが、なんで、フェルミレベルに電流計(もしくは電圧計)をつなぐんでしょうか？
お互いのコンダクションバンド(伝導帯)に電位差があるのでそこに電流計(もしくは電圧計)を接続してやればいいんじゃないでしょうか？
なんで、フェルミレベルに接続なんですか？

回答No.2

BOMBARDMENT · ベストアンサー

No.1です。補足します。

拡散電流は伝導帯の電子の拡散、価電子帯の正孔の拡散によるものです。ですから、この二つのバンド以外で電流計の針が振れることはありません。p－n接合を介した電流は、この二つ以外には考えられません。

また、p型半導体とn型半導体を接合すると、双方のフェルミレベルが一致します（上記の拡散電流は、双方の「フェルミレベルが一致するように」流れ、その結果、フェルミレベルはまっすぐなままで、伝導帯と価電子帯がp－n界面で曲げられるバンドプロファイルになります）。エネルギーが一致した準位相互間に電流は流れることはありませんから、p－n間のフェルミレベルで電流計が振れることはありません。

お礼

ありがとうございました。

回答No.1

BOMBARDMENT

フェルミレベルは、フェルミ粒子である電子のエネルギー分布を示すための指標であって、そこにエネルギー状態を占める電子や正孔が実際にあるわけではありませんから、電流計も電圧計も針は振れません。キャリアが自由に動けるのは伝導帯と価電子帯だけですから、質問者さんがおっしゃる通り、電流計が振れるのはその二つの準位につないだときだけです。

　仮想的なエネルギーレベルであるフェルミレベルの他に、実際にキャリアがエネルギー状態を占有できるドナーレベルやアクセプタレベルや再結合中心レベルにしても、キャリアが自由に動けないので、電流計を接続しても針は振れないと考えられます。

　要するに、先生は、「フェルミレベルはエネルギー状態を表す仮想的な準位なので、伝導帯や価電子帯みたいなキャリアの拡散などによる移動は起こりませんよ」ということを説明したかったので、そのような「仮想電流計」を使った説明をされたのではないでしょうか？

補足

しかし、「拡散電流が打ち消して電流計が振れない」と言われました。