みなさん、こんにちは。
先日購入したダイビングの軽機材を届き、ワクワクしているブルーです。
いきなりですが最近、「アメリカによる中国への半導体輸出規制」や「TSMCの熊本進出」といったニュースで耳にすることが増えた「半導体」。
でも、その意味をしっかり理解している人は意外と少ないのではないでしょうか？
この記事は、半導体の基礎から関連企業の紹介までを、3部構成でなるべくわかりやすくまとめています。
第1章 半導体とは
まず基礎知識として、電流とは電子が物質内を移動することによって生じる流れです。
この電子の動きやすさによって、物質は次の3つに分けられます。
- 導体 … 電子が自由に動ける。
- 半導体 … 条件によって導体にも絶縁体にもなる。
- 絶縁体 … ほとんど動けない。
その電子の移動のしやすさは、バンドギャップ（禁制帯）によって決まります。
電子の価電子帯(結合状態)と伝導帯(自由状態)のエネルギーの差。
具体的には
- 導体 … 0 eV
- 半導体 … 1.1 eV (半導体材料として一般的に用いられるSi)
- 絶縁体 … 約3 eV以上
３eVのイメージ感
熱エネルギーと比べると室温（27℃）の熱エネルギーが0.026 eVなので
室温の120倍くらいのエネルギー!
→普通の環境では電子が自力で超えることは不可能
半導体の1.1eVも負けず劣らず室温の熱エネルギーの44倍必要!
→実際の半導体デバイスでは、わずかな不純物を加えることで、条件によって電流が流れやすい状態にしています。
次にその仕組みを簡単に説明します。
- N(negative)型半導体 …電子を余分に持った不純物が含まれるもの。
- P(positive)型半導体 …正孔（電子が足りない穴）を持った不純物が含まれる もの。
N型半導体とP型半導体を組み合わせることで、状況に応じて電流を流したり止めたりできるようになります。
→このしくみを使うことで、電気信号の“オン・オフ”を切り替えるスイッチのような働きをす る素子を作ることができます。（名称：トランジスタ）
この特性を生かして無数のトランジスタを集積したチップが、現代のスマホやコンピューターの頭脳として機能しているのです。
まとめ
半導体は、条件によって電流を流したり止めたりできる特性を活かして、コンピュータの情報処理に用いられるなど、私たちの身の回りのあらゆる電子機器を支えています。
情報処理の中心に「トランジスタ」が使われていることがポイントです。
次の章で、半導体の種類について迫っていきたいと思います。
ぜひ、第2章をお読みください。