半導体とは絶縁体と導体の中間の物質&歴史

半導体とは、絶縁体ですが特定の不純物をほんの少し加えるだけで、電気を通す導体になる性質を持っています。

材料も単一の元素からなる「元素半導体」の材料はシリコンなどがあり、複数の化合物からなるものは「化合物半導体」と呼ばれます。

ほぼすべての機械、家電製品に半導体が使われています。今ご覧になってるパソコン、スマートフォン、タブレットにももちろん使われています。

 

電気を通すか通さないかは、電子が移動できるかどうか

電気を通す、通さないは電子が移動することができるかどうかによります。

– 主な導体は、低効率が低い鉄、銅、銀、金、アルミニウムなど金属は電子が簡単に移動できるので、電気が通ります。

– 主な絶縁体は、抵抗が高い油、ガラス、ゴム、セラミックなどです。

つまり、「絶縁体」に「導体」の不純物を加える事で電子などの流れを制御することができます。

 

性質変化

絶縁体と導体の中間の性質を持つ半導体は、温度によって低効率が変化します。低温ではほとんど電気を通さないのですが、温度が上昇すると電気が通りやすくなる性質を持っています。

また、燐(りん)のような電子が通る不純物を加えた物をN(negative)型半導体、電子のない不純物を加えた物をP(positive)型半導体と呼びます。N型とP型を使うことで電界の方向によって電気が流れたり流れなかったりする「整流作用」を発動させることができます。

 

トランジスターは、半導体でできています

半導体の仕組みを上手く使った部品がトランジスタです。トランジスタは電気の流れをコントロールする部品で、半導体で絶対に使われる部品と言っていいほど重要で、様々な機械で活躍しています。トランジスター=半導体と言ってもいいかもしれません。

transistor = transfer(伝達)とresistor(抵抗)を組み合わせた造語です。

トランジスター働きは?

どんな信号も何倍にも増幅させることできます。 信号によって電気を流したり、止めたりします。

もうちょっと詳しく

「整流作用」を使い電話などで「信号の増幅」などの働きが求められることにより、前述のN型のみの状態にして電気が流れるようにして、同時にP型で「壁」を作り、壁の高さをを利用してON/OFFをコントロールしようとしたものです。これで、わずかな電気信号で、出力増幅できるようにした仕組みです。

 

主な原材料のシリコンは沢山ある

シリコンは地球上に酸素の次に多い元素でとても豊富にあります。土壌、岩石、天然水、樹木、植物などにあるので、ありふれた元素と言っていいと思います。自然界にあるシリコンはそのまま使えないので、シリコン元素の抽出のために精錬します。

特にICチップなどの半導体で使われるシリコンの純度は、「99.999999999%」という「超高純度の単結晶構造」が要求されるのでただ事ではありません。シリコンの精錬は多くの電力が必要なため、電力の安価なオーストラリア、中国、ブラジルなどからすでに精錬された純度98%以上の金属シリコンを輸入しています。

 

半導体産業飛躍

トランジスタの導入で半導体産業は飛躍的に成長し、1957年には一億ドルの産業に発展、IC時代の幕開けでした、1967年にはアメリカの会社がICを使った電卓を開発。次いで日本でも多くの電卓が発売され電卓戦争状態でした。

その後、ICは、LSI( IC よりさらに素子の集積度を高くしたもの)に飛躍、80年代にはVLSI(回路素子の集積度をLSI よりもさらに高くしたもの)、90年代にはULSI(回路素子の集積度を VLSI よりもさらに高くしたもの)、2000年代にはシステムLSI(複数の機能を一つに集約したLSI。複数のLSIを使うのに比べて配線が簡単)が開発され小型化され便利になってきました。

 

どんなものに使われてるか?

パソコン、スマートフォン、洗濯機、冷蔵庫など家電から車、ATM、電車、ネット等通信インフラ全体、医療ネットワークなどほとんど全ての機械に使われています。半自動でも全自動でもほぼすべて半導体が組み込まれてると思って間違いありません。

皆さんがこのテクノロジー社会を享受できているのは半導体のおかげと言っても過言ではないのです。ありがたや半導体。

 

 

PS:

 半導体を作るにはスパッタ法などいくつかの専用のシステムでの過程が必要です。

 

詳しくはAGUS-菅製作所までご連絡ください。

 

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