コンテンツ
電子機器について考えるとき、バッテリーを充電する前に、これらの機器がどれだけ速く動作するか、またはどのくらい操作できるかをよく考えます。ほとんどの人が考えていないのは、電子デバイスのコンポーネントが何でできているかということです。各デバイスの構造は異なりますが、これらのデバイスにはすべて共通点が1つあります。シリコンとゲルマニウムの化学元素を含むコンポーネントを備えた電子回路です。
TL; DR（長すぎる;読まなかった）
シリコンとゲルマニウムは、メタロイドと呼ばれる2つの化学元素です。シリコンとゲルマニウムの両方を、ドーパントと呼ばれる他の元素と組み合わせて、ダイオード、トランジスタ、光電セルなどの固体電子デバイスを作成できます。シリコンダイオードとゲルマニウムダイオードの主な違いは、ダイオードがオンになる（または「順バイアス」になる）ために必要な電圧です。シリコンダイオードは順バイアスになるのに0.7ボルトを必要としますが、ゲルマニウムダイオードは順バイアスになるのに0.3ボルトしか必要としません。
メタロイドに電流を流す方法
ゲルマニウムとシリコンは、メタロイドと呼ばれる化学元素です。どちらの要素も脆く、金属光沢があります。これらの各要素には、4つの電子を含む外部電子シェルがあります。シリコンとゲルマニウムのこの特性により、最も純粋な形のいずれかの元素が良好な導電体になることは困難になります。メタロイドに電流を自由に伝導させる1つの方法は、メタロイドを加熱することです。熱を加えると、メタロイドの自由電子がより速く動き、より自由に移動し、メタロイドの両端の電圧の差が伝導帯にジャンプするのに十分な場合、印加電流が流れることができます。
シリコンとゲルマニウムへのドーパントの紹介
ゲルマニウムとシリコンの電気特性を変更する別の方法は、ドーパントと呼ばれる化学元素を導入することです。ホウ素、リン、ヒ素などの元素は、シリコンとゲルマニウムの近くの周期表で見つけることができます。メタロイドにドーパントが導入されると、ドーパントはメタロイドの外部電子シェルに余分な電子を提供するか、メタロイドからその電子の1つを奪います。
ダイオードの実際の例では、片方のシリコンに、一方の側にボロン、もう一方の側にヒ素などの2つの異なるドーパントがドープされています。ホウ素がドープされた側とヒ素がドープされた側が出会うポイントは、P-N接合と呼ばれます。シリコンダイオードの場合、ホウ素を導入するとシリコンから電子が奪われるか、または電子の「ホール」が導入されるため、ホウ素をドープした側は「P型シリコン」と呼ばれます。電子を追加し、ダイオードに電圧が印加されると電流が流れやすくなるためです。
ダイオードは電流の流れに対して一方向弁として機能するため、ダイオードの2つの半分に電圧差を印加する必要があり、正しい領域に適用する必要があります。実際には、これは、ダイオードが電気を通すために、電源の正極をP型材料に向かうワイヤに適用し、負極をN型材料に適用する必要があることを意味します。ダイオードに電力が適切に印加され、ダイオードに電流が流れている場合、ダイオードは順方向にバイアスされていると言われます。電源の負極と正極がダイオードの逆極性材料に適用された場合–正極がN型材料に、負極がP型材料に–ダイオードは電流を流さず、逆バイアス。
ゲルマニウムとシリコンの違い
ゲルマニウムダイオードとシリコンダイオードの主な違いは、電流がダイオード全体に自由に流れ始める電圧です。通常、ゲルマニウムダイオードは、ダイオードに適切に印加された電圧が0.3ボルトに達すると電流を流し始めます。シリコンダイオードは、電流を流すためにより多くの電圧を必要とします。シリコンダイオードに順バイアス状態を作り出すには0.7ボルトかかります。