半導体用語集
空孔濃度
英語表記：vacancy concentration
空孔（V）と格子間シリコン（I）は熱平衡状態でも存在することは、実験的にも点欠陥が不純物拡散に与える影響から確認されていて、実際の空孔濃度Cᴠと格子間シリコン濃度Cɪは質量作用の法則に従いそれぞれの平衡濃度Cᵉᵟᴠ、Cᵉᵟɪとの間に次式の関係を持つ。
Cᴠ Cɪ = Cᵉᵟᴠ Cᵉᵟɪ
平衡濃度の式によれば、たとえば熱酸化によりSiO₂/Si 界面からIが供給されると、Cɪ > Cᵉᵟɪ となり、Iが過飽和となって Cᴠ < Cᵉᵟᴠ となる。
有限の温度での平衡下では、点欠陥の存在による結晶の不完全性を含む方が、完全な結晶状態よりも結晶系の自由エネルギーが低く安定となる。それぞれの平衡濃度Cᵉᵟᴠ、Cᵉᵟɪは温度Tの関数として下記の式で表わせる。
ここで、⊿Sᴠ、⊿Sɪはそれぞれの点欠陥形成のエントロピー、⊿Hᴠ、⊿Hɪは点欠陥形成のエンタルピーである。⊿Sより⊿Hの寄与の方が大きいことはわかっているが、まだ統一的な値はない。
融点付近では空孔および格子間シリコンの濃度は10¹⁶～10¹⁷ cm⁻³ のオーダに達する。熱膨張係数の高精度測定により、高温では空孔濃度の方が格子間シリコン濃度より高く、空孔が優勢であることがわかっているが、濃度については別の実験で1桁前後異なる値が報告されている。
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