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萩原良昭(７６歳）個人活動の紹介です
( 2024年8月26日(月) 9:15 a.m. 現在 )
半導体とは？萩原良昭
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「半導体とは何か？」を学習する前に
まず、光の性質を勉強しましょう。
光は波であり、かつ粒子の性質があります。
光は高速で１秒回に３０万キロの猛スピードで移動します。
いつも、同じ速度でだれがどこで観察しても同じ速度です。
光は静止することがないエネルギーの粒です。
光子(Photon)と呼ばれるエネルギーを持つ粒子です。
物質から物質へとエネルギーの粒子は移動します。
物質から送り出され、別の物質が受け取るものです。
郵便物と同じ扱いがされます。
もし、途中で送り主から受け取り主の間で郵便物が滞り、
受け取り主がうけとることができなくなると、
どこかで郵便物が動かず止まっていると混乱のもとですね。
光は理想的な郵便物と考えられ、いつも動いています。
光は波ですから、波長(λ)と周波数(f)という２つの物理量を持ちます。
光の速度(c)との間には、{ c = (λ)(f) ; } の関係があります。
また、光は小さな粒子（光子＝Photon) でもありますね。
光はエネルギー(E) を持つ小さな粒子です。
光のエネルギー(E) の単位は (eV) です。
光の波長(λ) の単位は (μm) です。
光の周波数(f) の単位は (１/sec) です。
光の速度(c) の単位は (μm/sec) です。
光は小さな粒子（光子＝Photon) の持つエネルギー(E)と、
波長(λ)と周波数(f)の間には、実験結果から、
{ E (eV) = 1.24/λ(μm) ; } の関係があります。
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太陽光は紫外線から赤外線までいろいろな波長成分の光が含まれます。
紫外線は波長λが短い光です。
{ E (eV) = 1.24/λ(μm) ; } の関係から、
紫外線の持つエネルギーは高いです。
紫外線はご婦人のお肌の表面を痛めるので嫌われます。
赤外線は波長λが長い光です。
{ E (eV) = 1.24/λ(μm) ; } の関係から、
赤外線の持つエネルギーは低いです。
赤外線は体の奥深く迄浸透して体を温めてくれ歓迎されます。
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半導体の代表的な材料にシリコン結晶体があります。
シリコン結晶体に光を照射しますと、
光のエネルギー(E) の値が 1.11 eV 以下の赤外線は
人間の体だけでなく、シリコン結晶体の中を素通りします。
ガラスはどんな波長の光でも透過します。
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光のエネルギー(E) の値が 1.11 eV 以下の
赤外線の波長は λ＝1.24/1.11 = 1.12 μm以上になります。
人間の体やシリコン結晶体は短い波長(λ)の光は透過しません。
人間が見ることができる光の波長(λ)は、
短波長青色光の波長、λ＝0.4 μmから、
長波長青色光の波長、λ＝0.7 μmの間の狭い範囲の光のみです。
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地球に降り注ぐ太陽光エネルギーからシリコン結晶体を使って太陽電池を造ります。
シリコン結晶体は、波長が短い光、紫外線などはほとんど透過しません。
そのままの加工していない純粋のシリコン結晶体では
波長が短い光、紫外線などは熱になり無駄になります。
しかし、光の波長が λ＝1.24/1.11 = 1.12 μm 以上になりますと、
シリコン結晶体を、透明ガラスのように、波長1.12 μm 以上の光は素通りします。
波長が λ＝1.24/1.11 = 1.12 μm 以上の波長の長い太陽光成分は、
理論的にシリコン結晶体を素通りしてしまい、光電変換が不可能です。
電気エネルギーとして取り出すことは不可能です。
しかし、波長が λ＝1.24/1.11 = 1.12 μm 以上の太陽光成分は、
シリコン結晶体で光電変換が可能です。
その太陽光成分は、全体の約80.4 % です。
すなわち、80.4 % の太陽光成分を効率良く電気エネルギーに変換できます。
ただし、シリコン結晶内に、「受け皿」となる、有効光電変換領域を
形成する工夫（発明）が必要です。
その半導体構造を萩原良昭が2020年８月１日に考案し特許出願しました.pdf
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P+PNPP+ダブル接合のPinned Photodiode型の新型太陽電池の提案です。
従来のN+NPP+シングル接合の Floating-surface型の新型太陽電池では
基板濃度が薄くなると、高抵抗体になり、消費電力量が浪費されます。
基板濃度を極端に薄くして高抵抗にしますと、効率良く動作しません。
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かなり高度な半導体デバイス物理の基礎知識が必要ですが、下記掲載資料で解説しています：
2024_07_29_超光感度半導体素子の発明の特許戦争と未来への期待_萩原良昭.pdf
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萩原発明の、P+PNPP+ダブル接合のPinned Photodiode型の新型太陽電池は、
（１）有効光電変換領域が従来のものより２倍以上になります。
（２）基板濃度が薄くして、高抵抗になっても、効率良く動作します。
（３）基板濃度が薄くしますと、有効光電変換領域も広くでき、量子効率が期待されます。
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半導体とは？萩原良昭_02A.pdf
半導体とは？萩原良昭_02B.pdf
半導体とは？萩原良昭_02C.pdf
2024_03_08_Pinned_Photodiode_type_Solar_Cell_by_Yoshiaki_Hagiwara.pdf
ダブル接合Pinned Photodiode 型太陽電池_萩原良昭_AIPS
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2024_05_10_ICCCAS2024_Slides_and_Presentation_mp4_Video_Files_by_Yoshiaki_Daimon_Hagiwara.pdf
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2024_05_14_Reference_Papers_on_Pinned_Photodiode_type_Solar_Cell_by_Yoshiaki_Hagiwara.pdf
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2024_08_12_N+P_single_junction_buffer_memory_has_image_lag_problem_and_does_not_work_for_Global_Shutte.pdf
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