トランジスタの熱勘定

物理学における『熱』が極めて重要な意味を秘めているように思われて来た。その熱の意味をトランジスタの熱勘定として考えてみたい。半導体物理学の解釈理論はとても難しい。まず挙げれば、フェルミレベルと言う用語が有る。それはダイオードはじめ、トランジスターの熱特性あらゆる半導体理論(バンド理論)の根幹をなす基本用語である。そんな基本用語も意味を理解できない。難しい理論はその具体的空間像が示されていない。高度な抽象化が理論の価値が高いと見做されているように見える。半導体結晶が有り、その原子結合の空間的解釈が電子質量の運動エネルギーの増減で捉え、不純物原子によるシリコン原子結合配列の乱れを引き起し、その結晶原子配列内の電荷配分の乱れを原因として、その状況をバンド理論と言う表現形式で捉えていると思う。理論が理解できないのに、その意味を言葉で表現し、解釈しようとする事自体が無理なのであるが、自分なりにバンド理論の意味を解釈して見ればそんな意味かなと思う。しかし、代弁してみても理論の意味が理解できない。不純物原子の量をどの程度に増減すれば、『フェルミレベル』がどのように変動すると言う実験的データが得られれば、それは信じられる。しかしそんな事は全く出来ない事であろう。だから「バンド理論」は仮想的な解釈理論でしかなかろう。技術開発はおそらくそんな理論など無くても、進展するものであろう。何十年も前に感じた疑問の一つを思い出した、それがトランジスタ回路のTrのコレクタ側のnp結合で熱の吸収が生じる事である。先日ダイオードの電荷分離作用は何か?(クーロンの法則を斬る)で課題として残しておいた疑問が切っ掛けである。トランジスタで、2SC・・型のnpn接合等のコレクタ部で、吸熱現象が起きるようだ。

吸熱現象とダイオードの作用 バンド理論で、その熱の行方や現象が説明できるだろうか。今でも矛盾概念としたにもかかわらず、電圧や電流でしか説明のしようがない。そこで、コレクタ電流I_c 、ベースコレクタ間の電圧V_cb とすれば、コレクタ側の接合部の電力は I_c V_cb で、電力が負となる。それは電圧が負で、そのダイオード結合部(np接合)に電流I_cをコレクタからベース方向に流すには無理である。その順方向はベースからコレクタ側に流す向きの筈である。そのnp接合部は電流が流れない筈である。何故逆向きのONでありながら、反対向きのコレクタ電流が流れる事になるのか。普通のダイオードの導通原理と逆であるから。その訳が理解できない。その電流導通の為に熱エネルギーが必要となっていると看做せよう。ここに熱エネルギーと電気エネルギーが同じものと観える。古い技術の三極真空管が有る。それは熱陰極で、カソードからの放射エネルギー(電子と考えていた)が熱エネルギーと思えば、真理に繋がる解釈になるという思いが強まり、希望が見える。

消えた記事のうち、重要と思う事を記したい。『熱エネルギー』と『電気エネルギー』あるいは『光エネルギー』はすべて同じく、違いの無い『エネルギー』である。その『熱現象』をIT検索すれば、『ペルチエ効果』、『トムソン効果』あるいは【ゼーベック効果】等が出て来る。トランジスタの熱現象と同じく、全てが『電荷』概念で説明されている。それらの『熱現象』が利用されているから、サーモスタット等で電化製品の温度制御も可能なのである。現象が利用できれば、その経済的競争と利益に役立つ。しかし、教育にその現象を取り入れたとき、「何故か?」と言う『問答』が欠けている。何故、『熱』と『電荷』が結びつくのか?の『問答』がない。エボナイト棒の摩擦による熱エネルギーと同じ意味で。未来の子供たちが深く自然を見つめて、考える未来の為に『問答』が欠かせない。教育現場と体制が、内容を増やした詰め込み教育で済ませば、深い思考に繋がる意識を阻害するのである。兎角理論は怪しい事を訴えたい。

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