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半導体素子について考えるサイト

半導体素子の概要


半導体素子(はんどうたいそし)は、半導体の電気伝導の電子工学的な特性を利用した固体能動素子である。ソリッドステートデバイスとも呼ばれる。代表例としては、トランジスタや集積回路(IC・LSI)などが挙げられる。 半導体素子はテレビ受像機、携帯電話、コンピュータといった現代の電気製品(電子機器)には必ずといっていいほど組み込まれており、さらに自動車や各種産業機器などにもコンピュータなどの電子機器を組み込む場合が多く、その工学上の重要性は非常に大きい。また経済上の重要性も非常に大きく、半導体素子の市場規模は2006年現在、世界で20兆円を超えている。こうした半導体素子のもつ産業上の重要性のことを指して、「半導体は産業の米だ」などと言い表すことも多い。

半導体素子が一般的に使われる前には、電子機器内の能動素子としては真空や気体を利用した電子管(真空管など)が使われていた。しかし、半導体素子には次のような特徴があるため、殆どの応用分野で電子管を代替し、凌駕した。 * ヒーターが不要なため消費電力が少なく、電源投入と同時に動作する。 * 低温で動作するため寿命が長い。 * 固体であるため振動や加速度に強く信頼性が高い。 * 同じ動作をさせるのに必要な体積・面積が小さい。 当初電子管に比べて不利とされていた弱点についても、それを補う方法が開発され、さらに広く普及した。 * 温度による特性の変化が大きいので、補償回路が必要である。→補償回路を含んだ集積回路の製作。 * 製造工程の少しの変化が大きな特性変化として現れる。→デジタル回路化し、特性のばらつきの影響を小さくする。または、製造工程の管理を厳しく行う。 * 電気的なストレス(過負荷、過電圧、過電流など)に弱い。→回路設計上の工夫や各種保護回路との併用。

殆どの半導体素子は、単結晶シリコンを使用するが、他に利用される材料としてゲルマニウム、ガリウム砒素 (GaAs)、ガリウム砒素リン、窒化ガリウム (GaN)、炭化珪素 (SiC)、等がある。 半導体材料の伝導性は、結晶構造中の自由電子の過不足を生む不純物に依存する。通常多数キャリア(majority carrier)(N型半導体では電子、P型半導体では正孔)を通じて担われる。しかし、トランジスタなど多くの半導体素子では、動作するためには少数キャリア(minority carrier)N型半導体では正孔、P型半導体では電子が必要である。 半導体の整流効果(電流を一方にだけ良く通す性質)は、元来は方鉛鉱の結晶で発見された。初期のラジオ受信機(鉱石ラジオ)では、鉛の保持具に埋め込んだ方鉛鉱の結晶の表面に「猫のひげ」と呼ばれた細い金属線をわずかに接触させたものが用いられた。

今日数多く利用されている固体素子には、トランジスタ・電界効果トランジスタ (FET)、サイリスタ (SCR)、ダイオード(整流器)・発光ダイオード (LED) 等がある。 半導体素子は個別部品(ディスクリート半導体)としても利用可能だが、同じ製造工程で製作できる多数の素子をひとつの基板上に集積して集積回路とすることも可能である。

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出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』