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問題１ Siについて
| 番号 | 問題要約 | 配点 | 解答 | |
| (1) | Siの化学結合 | ４ | 共有結合 | |
| (2) | Siの結晶構造 | ４ | ダイヤモンド構造（面心立方構造でも可） | |
| (3) | Siの隣接原子数 | ４ | ４ | |
| (4) | Siが赤外線を透過する理由 | ５ | バンドギャップが1.1eVなので、1127nmより短い波長の光は光子エネルギーがバンドギャップより大きいため遷移が起き、Siに吸収されるが、これより長い波長の赤外線は、光子エネルギーがバンドギャップの1.1eVに届かないため吸収されない。このため、Siは1127nm以上の波長の赤外線を透過する。 | |
| (5) | ドナー元素例 | ４ | 元素記号・元素名 P・リン, As・ヒ素, Sb・アンチモン | 外殻電子数が４より多いV属、VI属元素 |
| (6) | アクセプター元素例 | ４ | 元素記号・元素名 B・ホウ素, Al・アルミニウム, Ga・ガリウム | 外殻電子数が４より少ないIII属、II属元素 |
| (7) | 10Nの高純度が必要な理由 | ５ | 半導体の伝導型（ｐ型、n型）や電気伝導率は、非常にわずかな不純物を添加することによって制御される。人工的な添加の効果が現れるためには、母体結晶の不純物濃度が非常に低くなければならない。 | |
問題２ 金属について
| 番号 | 問題要約 | 配点 | 解答 | ||
| (1) | 金属光沢を持ち、電気と熱をよく導くことに共通の原因 | ４ | 高濃度の自由電子が存在すること | ||
| (2) | 金属結合についての説明 | ４ | 原子から結晶に供給された電子が非局在化して結晶全体に広がっている。正の原子核と負の非局在電子との間に働く強い引力のために原子核が規則的に並ぶ。この結合を金属結合という。 | ||
| (3) | 応力・ひずみ曲線における弾性領域と塑性領域 | ４ | 弾性限界 | ||
| (4) | 金属結合の観点による塑性変形の説明 | ４ | 金属の場合非局在電子の海に正の原子核が浮かんでいる状態が形成されている。このため、叩いて変形しても、電子の海の中の原子核の位置がずれるだけで結合が切れることがないので、塑性変形することができる。 | ||
| (4) | 金属と半導体の電気伝導率の温度変化の違い | ４ | 電気伝導率はσ=neμで表される。金属でも半導体でも移動度μは温度上昇とともに緩やかに減少する。一方、キャリア密度nは金属では温度によらずほぼ一定なのに対し、半導体では、指数関数的に何桁も増加する。このため、金属では温度上昇によりμが低下する効果のためσも温度とともに下がるが、半導体ではnの増加がμの変化を上回り、σは温度上昇とともに増大する。 |
問題３ ドルーデの式の誘導と反射率
注：昨年と記号が微妙に違います。ノート丸写しするとすぐわかります。
| 番号 | 問題要約 | 配点 | 解答 |
| (1) | 左辺第１項の表す力 | ２ | 慣性力 |
| 左辺第２項の表す力 | ２ | 摩擦力 | |
| 右辺の意味 | ２ | 静電力 | |
| (2) | 時間tを含まない式[2] | ２ |
|
| (3) | 変位u0 (w)をE0(w)の関数として表す式[3] | ２ | u0 (w)= |
| (4) | P0 (w)をE0(w)の関数として表す式[4] | ２ | P0 (w)= |
| (5) | D0=eE0+P0に式[4]を代入して得られる式[5] | ２ | D0 (w)= |
| (6) | D0(w)=e re0E0 (w)と式[5]を比較して得られる比誘電率er(w)の式[6] | ４ | er(w)= |
| (7) | 比誘電率実数部er’(w) | ２ | er’(w)= |
| 比誘電率虚数部er”(w) | ２ | er”(w)= | |
| (8) | t®\の極限におけるプラズマ角振動数wp | ２ | wp＝ |
| (9) | 「負の誘電率」の物理的意味 | ４ | 電磁波の電界が浸入しようとすると電子分極が起きて直ちに逆向きの電束密度が生じるので電界が遮蔽され、浸入することができない。 |
| (10) | 比誘電率erが負の実数のときの反射率を%で | ２ | R= |
問題４：ｐｎ接合
| 番号 | 問題要約 | 配点 | 解答 |
| (1) | pn接合に空乏層ができ拡散電位差が生じる理由 | ５ | ｐｎ接合をつくると、ｐ領域からｎ領域にホールが移動し、ｎ領域からｐ領域に電子が移動し再結合するため、接合面の近傍はキャリアのない空乏層ができている。ｐ領域は−に帯電しn領域は＋に帯電するため接合面を挟んでｎからｐに向かって電気力線が働く。 |
| (2) | pn接合がLEDにも光センサーにもなる理由 | ５ | ｐｎ接合を順バイアスすると、電子とホールが接合領域に集まって伝導帯電子と価電子帯ホイールが再結合しそのエネルギー差を光として放出する。これがLEDである。一方、光がｐｎ接合に照射されると価電子帯から伝導帯に遷移が起き、伝導帯に電子が、価電子帯にホールが生成される。生成された正負のキャリアが拡散電位差によって分離され、ｐ側が＋に、ｎ側が−に帯電する。これが光起電力効果である。 |
問題５：半導体の透過色
| 番号 | 問題要約 | 配点 | 解答 | |||
| (1) | l[nm]とE[eV]の間の関係式 | ２ |
| |||
| (2) | 半導体の透過色 | ８ | CdS | ZnSe | GaN | GaAs |
| 黄色 | 淡黄色 | 無色透明 | 不透明 | |||
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