半導体とは?

パソコンやスマートフォンなどの電化製品、自動車や電車などの輸送機器、医療機器などなど。。。。。
私たちの身の回りのあらゆる製品に使用されている半導体。半導体が無ければ、現代の便利な生活はできません。半導体を制する国が今後の世界を制するといっても過言ではないくらい、非常な存在。。それが半導体です。最近では日本もその重要性を認識し始めてきたのか、TSMCを熊本に誘致したり、国策企業であるRapidusを立ち上げたりもしましたね。
そんな重要な存在である半導体ですが、どんなものか?と聞かれると答えられない人も多いのではないでしょうか。そこで、今回は半導体とは何か、またその材料などについて説明していこうと思います。
 

1.半導体について

まず、そもそも半導体とは何なのか。
金属のように電気を通しやすい物質を”導体”、ゴムなどのように電気を通しにくいものを”絶縁体”と呼びます。半導体は”半”という文字があるように、簡単に言ってしまえば”導体”と”絶縁体”の中間に位置するものです。つまりは、”導体”ほどは電気を通さないが、”絶縁体”よりは電気を通す物質ということです。
抵抗率という電気の通しやすさを表す特性で半導体の立ち位置を示すと下図のようになります。
導体と絶縁体の間の抵抗率なことがわかりますね。

2.半導体の特徴について

さて、半導体は導体と絶縁体の中間の性質をもつことが分かりましたが、それ以外に重要な特徴が半導体にはあります。それは、半導体は温度変化や光の照射、また不純物の注入などによって電気抵抗を変化させることができるということです。
この特徴を利用し電気抵抗を調整することによって、様々な電気デバイスを作成しているのです。

3.半導体の材料について

半導体の材料としてはSi(シリコン)、ゲルマニウム(Ge)やセレン(Se)、カーボン(C)などがあります。その中でも主に使用されているものはSiです。
なぜSiが使われるのか?主な理由は下記になります。
 ・高品質の酸化膜が得られる。
 ・加工がしやすい。
 ・デバイスの電気特性が良い。
 ・安価である。
 ・地球上に存在する元素でOについで2番目に多い元素である。
このようにSiは半導体として多くの利点を持っているのです。

最近では、SiC(シリコンカーバイド)やGaN(ガリウムナイトライド)などの次世代半導体材料も開発が進んできています。パワーデバイスの分野では市場規模もどんどん膨らんでおり近いうちに主流になるかもしれません。(パワー以外の分野ではまだまだ実用化は遠そうです。)


今回はここまで!
次回は半導体について、物理学的なところからより詳しく記載していく予定です!

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