電流と回路（知識）の問題

半導体とダイオードについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、ダイオードは p 型半導体と n 型半導体を接合した pn 接合ダイオードとする。

• ア　ケイ素（シリコン）の真性半導体の抵抗率は、温度が高くなるほど大きくなる。
• イ　ケイ素に価電子を 5 個もつリンを微量加えると、正孔が主なキャリアとなる p 型半導体になる。
• ウ　ダイオードに順方向の電圧を加えると、正孔は n 型側から p 型側へ、電子は p 型側から n 型側へ移動する。
• エ　ケイ素に価電子を 3 個もつホウ素を微量加えると、電子の不足した部分である正孔ができ、正孔が主なキャリアとなる p 型半導体になる。
• オ　ダイオードは、n 型側の電位を p 型側の電位より高くしたときに電流をよく流し、逆にしたときにはほとんど流さない。

ケイ素（シリコン）の結晶に、ごく少量の不純物を加えてつくる半導体（不純物半導体）と、それを用いた pn 接合ダイオードについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、ケイ素の原子は 4 個の価電子をもつ。

• ア　ケイ素の結晶に、価電子を 5 個もつリン（P）をごく少量加えると、p 型半導体になる。
• イ　ケイ素の結晶に、価電子を 3 個もつホウ素（B）をごく少量加えると、結合に使われずに余った電子がおもなキャリアとなる。
• ウ　n 型半導体では、おもなキャリアが負の電荷をもつ電子であるため、電圧を加えていないときも、半導体全体が負に帯電している。
• エ　p 型半導体の中をホールが移動するのは、実際には近くの電子がホールの位置へ次々に移っていくことによるもので、ホールは正の電荷をもつ粒子のようにふるまう。
• オ　pn 接合ダイオードに逆方向の電圧を加えると、電子とホールが接合面に向かって移動して次々に結びつくので、電流が流れ続ける。

電力・電力量とジュール熱について述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、抵抗の抵抗値は温度によって変わらないものとする。

• ア　抵抗で単位時間あたりに発生するジュール熱は、抵抗を流れる電流の大きさに比例する。
• イ　電力の単位はワット（記号 W）であり、1 W は 1 秒間あたり 1 J の電気エネルギーが消費される割合である。
• ウ　電圧 $V$ が加わった抵抗に電流 $I$ が時間 $t$ だけ流れたとき、抵抗で消費される電力量は $VIt$ である。
• エ　同じ大きさの電圧を加えたとき、抵抗値が大きい抵抗ほど消費電力が大きい。
• オ　ジュール熱は、導体の中を移動する自由電子が陽イオンに衝突し、陽イオンの熱振動を激しくすることによって発生する。

半導体について述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。

p 型半導体と n 型半導体を接合した pn 接合ダイオードに、n 型側の電位が p 型側の電位より高くなるように電池をつなぐ。このとき、p 型半導体中のホール（正孔）と n 型半導体中の自由電子は、どちらも接合面から（ a ）向きに移動するので、ダイオードには電流がほとんど流れない。
また、不純物を含まないケイ素などの真性半導体では、温度を上げると、その抵抗率は（ b ）。

銅の導線と、不純物を含まないケイ素（シリコン）の試料を用意した。それぞれの両端に一定の電圧を加えたまま、全体の温度を $20{}^{\circ }\mathrm{C}$ から $80{}^{\circ }\mathrm{C}$ までゆっくり上げ、流れる電流を調べた。温度による導線や試料の長さ・断面積の変化は無視できるものとする。この実験について述べた文として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　温度を上げると、銅の導線を流れる電流は小さくなる。
• イ　温度を上げると、ケイ素の試料を流れる電流は大きくなる。
• ウ　銅の抵抗率が温度とともに変化するのは、金属の陽イオンの熱振動が激しくなり、自由電子の移動が妨げられやすくなるためである。
• エ　ケイ素の抵抗率が温度とともに変化するのは、電流を運ぶ自由電子やホールの数が増えるためである。
• オ　銅の抵抗率が温度とともに変化するのは、温度が上がると電流を運ぶ自由電子の数が減るためである。