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初級講習用指導書(電気工学の基礎編)

 事業名 船舶の電気装備に関する技術指導
 団体名 日本船舶電装協会 注目度注目度5


8・3 半導体材料
8・3・1 半導体の性質
 半導体の抵抗率〔Ωm〕及び導電性については、1・5・4項において既に述べた。これを要するに抵抗率は導体より大きくかつ絶縁体よりかなり小さい。電気伝導は、電子あるいは正孔によって行われるのである。この特色は次のようである。
(1)低温で電気抵抗は高いが、温度上昇とともに減少する。
(2)きわめて微量の不純物によって抵抗が著しく変わる。
(3)電圧電流特性が直接関係を示さない。
(4)光電効果、熱電効果、整流効果などを示す。
 
8・3・2 使用目的による分類
(1)半導体整流体の種類 これは多結晶整流体と単結晶整流体とに区別されている。
(a)多結晶整流体 亜酸化銅整流体、セレン整流体、酸化チタン整流体等がある。亜酸化銅整流体は黒色の酸化銅からできており、小容量のものに使用され、70〔℃〕以下で使用する必要がある。セレン整流体は金属セレンが主体でP形半導体である。この特性は亜酸化銅整流体に比べ正方向電流も大きく、逆耐電圧も2〜4倍高いので、大電流容量のものに使用される。酸化チタン整流体は純粋な酸化チタン(TiO2)でなく不純物を添加して半導体的性質を帯びた青緑色のTiO2を使用したものである。百数十〔℃〕の高温にまで使用される特長がある。
(b)単結晶整流体 ゲルマニウム(Ge)の単結晶及びシリコン(Si)の単結晶であって、その一部をP形、他をn形半導体としたP−n接合で著しい整流特性をもたしたものである。
 多結晶整流体に比べ、同一面積に対し100倍以上、電流容量と逆耐電圧は数十倍に及ぶといわれる。また、使用温度の最高はGeは70〔℃〕、Siは200〔℃〕といわれている。
(2)光電材料 光の照射によって電気抵抗が減少することを利用して光を検出したりリレーを動作させたりするものである。この目的の材料にセレン、硫化カドミウム(CdS)、セル等がある。
(3)障壁光電池 セレン光電池は波長感度曲線が視感度曲線とよく一致しているので照度測定に適している。太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する目的に使用するもので、セレン(Se)はその変換率は1〔%〕以下であるのに、シリコン(Si)のP−n接合では10〔%〕内外といわれているから無人極の通信機電源等に用いられる。
(4)電界発光材料 半導体を1枚の金属電極と透明電極でははさみ、これに交流又は直流の電圧を加えたとき、その半導体が透明電極を通して発光する現象で、−名エレクトロルミネセンス(electro−luminescence)といい照明方式として使用されている。この材料には硫化亜鉛(ZnS)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化亜鉛(ZnSe)が用いられ、これに適当な活性剤、たとえば銅、鉛、アリミニウムなどを混入して発光能率を増大している。
(5)熱電効果材料 ゼーベック効果については5・7・1項に述べたが、これは要するに右図のように半導体をはさんで両端を金属導体で閉回路をつくる。そして、例えばA点を冷接点、B点を熱接点とすれば、この回路に起電力が発生するということでこれを利用して温度測定に用いられる。次に、ペルチエ効果については5・7・2に述べたが、これは要するに金属と半導体の二つの接続部を同温にし、外部電圧を加えて電流を流したとき、その接続部に起る熱の発生、吸収現象をいうのである。この場合電流の向きを変えると、熱の発生、吸収の部が逆になる。そこで、ベルチエ効果の大きい材料が所望される。現在ではビスマステルル(Bi2Te3)が最も良好とされている。電子冷凍はこの原理を応用したものである。
 
 
(6)蛍光材料 蛍光材料は、電子の運動エネルギーが熱・光エネルギーを受けて発光する材料であって、現在蛍光灯に塗付されている蛍光物質の例をあげれば、タングステン酸カルシウム(CaWO4)青色、珪酸亜鉛(ZnSiO3)緑色、珪酸カドミウム(CdSiO3)燈色、硼酸カドミウム(Cd2B2O5)ピンク色等がある。
(7)その他 ダイオード、点接触形トランジスタ、接合形トランジスタ、サーミスタ、バリスタ等があるがここでは省略する。







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