半導体

半導体とは、ある場合には電気を通すことができても、ある場合には電気を通さない材料のことです。や銀のような優れた導電性を持つものは、電気が流れやすく、ゴムやプラスチックのように電気の流れを妨げる物質は絶縁体と呼ばれます。ゴムプラスチックのように電気の流れを妨げる材料は、絶縁体と呼ばれています。絶縁体は、感電から人を守るためによく使われています。半導体はその名の通り、導電体のように電気を通すことができません。半導体はシリコンが最も多く使われていますが、ガリウムヒ素も使われています。

半導体の結晶格子(格子)に異なる原子を加えることで、n型p型の半導体を作り、導電性を変化させます。シリコンが最も重要な市販の半導体ですが、他にも多くの半導体が使われています。これらの半導体は、小型の増幅器であるトランジスタにすることができます。トランジスタは、コンピュータ、携帯電話、デジタルオーディオプレーヤー、その他多くの電子機器に使われています。

他の固体と同様に、半導体中の電子は、物質の原子核に強く結合した電子に対応する基底状態のエネルギーと、電子が物質から完全に脱出するのに必要なエネルギーである自由電子エネルギーの間の特定のバンド(エネルギー準位の範囲)でしかエネルギーを持つことができません。

半導体ベースの電子部品Zoom
半導体ベースの電子部品

歴史

半導体は1830年代には早くも研究室で研究されていました。1833年、マイケル・ファラデーは硫化銀を使った実験を行っていました。彼は、この物質を加熱すると、電気の伝導性が良くなることを発見しました。これは、銅がどのように動作するかの反対でした。銅が加熱されると、電気の伝導率が低下します。他にも多くの初期の実験者が半導体の他の特性を発見しました。1947年、ニュージャージー州のベル研究所でトランジスタが発明されました。これが集積回路の開発につながり、今日ではほとんどすべての電子機器の電源となっています。

半導体ドーピングZoom
半導体ドーピング

ドーピング

ドーピングとは、純粋な半導体に小さな不純物を添加して電気的特性を変化させることです。軽くて適度にドープされた半導体は、外因性と呼ばれる。半導体というよりも導体のような働きをするような高レベルにドープされた半導体は、退化型と呼ばれます。ほとんどの半導体はシリコンの結晶でできています。純粋なシリコンはほとんど使われていませんが、ドープされたシリコンはほとんどの半導体の基礎となっています。シリコンバレーは、半導体の新興企業が数多く存在していたことから名付けられました。

今日の半導体

今日、半導体は広く使われています。半導体は、ほぼすべての電子機器に搭載されています。デスクトップパソコン、インターネット、タブレット端末、スマートフォンなど、すべて半導体がなければ成り立ちません。半導体は、わずかな電圧で非常に精密なスイッチにすることができます。半導体が必要としない電圧は、デバイス内の他の電気部品に送ることができます。また、半導体は非常に小さくすることができ、その多くはかなり小さな回路に収まることができます。これだけ小さくできるので、処理能力を犠牲にすることなく、現在の電気機器を薄く、軽くすることができるのです。半導体事業を支配している企業としては、Intel Corporation、Samsung Electronics、TSMC、Qualcomm、Micron Technologyなどがあります。

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質問と回答

Q:半導体とは何ですか?


A: 半導体は、電気を通す場合と通さない場合がある物質です。銅や銀のような良導体ほど電気を通さず、ゴムやプラスチックのような絶縁体のように電気の流れを遮断することもありません。

Q: n型半導体とp型半導体とは何ですか?


A:N型半導体とp型半導体は、半導体の結晶格子(グリッド)に異なる原子を入れることで導電性を変化させたものです。

Q: シリコンは何に使われているのですか?


A: シリコンは最も重要な商用半導体で、コンピューター、携帯電話、デジタルオーディオプレーヤーなど多くの電子機器に使用される小型増幅器であるトランジスタにすることができます。

Q: 半導体には他にどんな材料があるのですか?


A:シリコンのほか、ガリウムヒ素も半導体として使われています。

Q: 固体材料中の電子はどのように振る舞うのですか?


A: 固体材料中の電子は、原子核に強く結合した基底状態のエネルギーと、電子が材料から完全に抜け出るのに必要なエネルギーである自由電子エネルギーの間の特定のバンド(エネルギー準位の範囲)内でしかエネルギーを持つことができません。

Q: なぜ絶縁体が感電防止に使われるのですか?


A: 絶縁体は電気の流れを遮断するため、電流を通さないようにして感電から人を守るために使用されます。

Q: トランジスタはどのような働きをするのですか?


A: トランジスタは、入力された信号を増幅して、入力された信号よりも高いレベルで出力する小さな増幅器です。

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