電験三種 H29年 理論 問11 問題と解説

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問11

半導体のPN接合の性質によって生じる現象もしくは効果、又はそれを利用したものとして、全て正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(1)表皮効果、ホール効果、整流作用
(2)整流作用、太陽電池、発光ダイオード
(3)ホール効果、太陽電池、超電導現象
(4)整流作用、発光ダイオード、圧電効果
(5)超電導現象、圧電効果、表皮効果

<解答例>

問11

●半導体のPN接合の性質によって生じる現象・効果について

半導体のPN接合面では、拡散現象により電子はP型半導体へ、正孔はN型半導体へ入ります。
接合面付近では、キャリアが消滅し「空乏層」になります。


●順方向電圧を加えるとき
アノード・カソード間に順方向電圧を加えると、P型半導体の正孔はN型半導体に移動します。

また、N型半導体の電子はP型半導体へ移動するため、電流が流れることになります。

●逆方向電圧を加えるとき
アノード・カソード間に逆方向電圧を加えると、PN接合面の電位障壁が高くなるためキャリアの移動ができなくなります。

このため、電流が流れなくなります。これを整流作用といいます。


●PN接合の性質を利用した半導体
PN接合の性質を利用した半導体には、定電圧ダイオード(ツェナーダイオード)、発光ダイオード、ホトダイオードなどがあります。

●PN接合の効果を利用した半導体
太陽電池は、PN接合に光を照射したときにアノード・カソード間に電圧が生じる現象を利用しています。

正解は(2)になります。

●表皮効果
導体を流れる電流の分布が、周波数が増加すると導体の表面に集中する現象です。
周波数 (f)、導電率 (σ)、透磁率 (μ) が大きいほど表皮効果が現れる。

●ホール効果
厚さ (d) の導体に電流 (I) を流し、磁界 (B) を直角にかけたとき、(I) と (B) にいずれも直角な方向にホール電圧 (V_H) を生じる現象をいう。
(V_H=R_H\left(\cfrac{BI}{d}\right))
(R_H) をホール定数という。

●超電導現象
ある導体の温度を極低温まで下げると、電気抵抗がゼロになる現象をいう。

●圧電効果(ピエゾ効果)
強誘電体(水晶、ロッシェル塩など)に圧力や張力を加えると誘電体表面の間に電圧を生じる現象をいう。

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