半導体に関するよくある質問
25/03/2024
I. 半導体とは何ですか？
半導体は、導体と絶縁体の中間の電気伝導率を持つ物質です。半導体は低温では絶縁体として機能し、室温では導電性を示します。それらは純粋な元素 (シリコン、ゲルマニウム) または化合物 (ガリウムヒ素、セレン化カドミウム) の場合があります。半導体性は不純物の存在下で変化する可能性があり、添加される不純物の種類によって異なります。
II. 半導体の特性は？
- 物理的特性：温度が上がると、価電子はエネルギーを受け取り、元の位置から移動することができ、自由電子を作り出し、半導体の導電性を助けます。
- 化学的特性：半導体は外来原子を吸収する能力を持ち、このプロセスは「ドーピング」と呼ばれます。ドーピングプロセスは、半導体の導電性を強化または調整するのに役立ちます。例えば、シリコンにリン原子を添加すると、n型半導体が生成され、一方でボロン原子を添加すると、p型の半導体が生成されます。
III. なぜ「半導体」と呼ばれるのか？
「半導体」という名前は、半導体の電気的特性から来ています。これは、導体と絶縁体の二つの異なる材料タイプの間に位置しています。
- 導体：これらの材料は多くの自由電子が容易に移動できるため、電気をよく導きます。例えば金属です。
- 絶縁体：これらの材料は電気を導かず、その電子は厳密に束縛されて動けないためです。例としては、ゴムやセラミックがあります。
- 半導体は上記の二つのタイプの中間に位置します。低温では、半導体は絶縁体のように動作し、自由電子が少なく電気をあまり良く導きません。しかし、温度が上がると、または外部からエネルギー（光など）が加わると、半導体内の自由電子の数が増え、より良い導体となります。
半導体は金属のように完全な導体ではなく、またゴムのように完全な絶縁体でもないため、「半導体」と名付けられています。これは、電気を中程度に導く能力があることを意味します。
IV. 半導体はどのように分類されますか？
- 純粋な半導体（無添加の半導体）は、不純物を含まない半導体で、典型的にはシリコンやゲルマニウム等です。これらはIV族元素の半導体とも呼ばれています。IV族元素の各原子は最外殻に4つの電子を持ち、共有結合を介して他のSi原子と結びつき、低温条件で電気的に中性の半導体を形成します。
- 純粋な半導体の抵抗率は低温で非常に高く、温度が上昇すると急速に低下します。
- 純粋な半導体の導電率は温度に比例して増加します
- 純粋な半導体の熱抵抗係数は負の値を持ちます。
- 不純物を雑ぜる半導体
- P型半導体（正の半導体）: III族元素の不純物が含まれています。例えばボロンは価電子層に3つの電子を持ちます。III族の小さな量が結晶に組み込まれると、その原子は四つのシリコン原子と共有結合を形成します。しかし、提供する電子が三つしかないため、ホール（正の電荷を持つ）が生成されます。このため、この方法で雑ぜられた半導体はP型半導体と呼ばれます。
- N型半導体（負の半導体）: V族元素の不純物が含まれています。例えば、少量のV族元素であるリンがシリコンの結晶構造に追加されると、各リン原子は隣接する四つのシリコン原子と共有結合を形成します。リンには価電子層に5つの電子があるため、そのうちの四つが隣のシリコン原子と共有結合を形成し、5番目の電子は結合相手がいないため自由電子となります。この方法で生成された半導体は負の電荷を持ち、N型半導体と呼ばれます。
V. 半導体は通常、どのような材料から製造されますか？
- シリコン（Si）：半導体材料として最も一般的で、集積回路製造業界で支配的です。シリコンは安定性、機械的特性、大規模生産のしやすさが利点です。
- ゲルマニウム（Ge）：シリコンが普及する前は、広く使用されていました。今日でも特定の用途や半導体化合物で使用されています。
- ガリウムアルセナイド（GaAs）：シリコンよりもはるかに高速で動作し、通信などの高速を要求するアプリケーションに適しています。
- インジウムリン化物（InP）：通信および高速を要求されるアプリケーションでよく使用されます。
- ガリウム窒化物（GaN）：高エネルギーと高周波数のアプリケーションで使用され、青色および白色のLED発光ダイオードにも使用されます。
- シリコンカーバイド（SiC）：高温および高電圧のアプリケーションに特に適しています。
- その他の半導体化合物：GaP、GaN、AlAsなど、特定の用途で使用される多様な材料を含みます。
VI. 半導体は半導体チップの製造に使用されますか？
- 半導体は、電流を制御する独特の性質を持っているため、半導体チップの製造に使用されます。導体とは異なり、半導体は電流の強度と流れの方向を調整することによって電流を制御することができ、これによって複雑な電子回路を作る理想的な基盤が形成されます。
- 電子デバイスのサイズが小さくなるにつれて、非常に小さいレベルで電流を正確に制御する能力が必要になりますが、半導体はそのような制御が可能です。さらに、半導体の特性は「ドーピング」プロセス（材料の構造に他の原子を加えること）を通じて調整することができ、チップ設計者は一つのチップ上で多様な特性を実現することができます。
VII. 半導体の応用分野
1. 日常の電子機器：コンピューター、パソコン、携帯電話など。
2. 医療：MRIやCTスキャンから心拍数モニターまで、多くの医療機器が半導体を使用して精度とパフォーマンスを向上させ、遠隔診断センサーの役割を果たしています。
3. 自動車産業：半導体はエンジン制御システムやABSブレーキシステム、エンターテイメントシステムやダッシュボードに表示される情報のような多くの車の機能をサポートし、向上させます。また、電気自動車や自動運転車の開発においても重要な役割を果たし、これらをより安全で効率的にします。
4. 通信：半導体を利用することで、より高速で、より広帯域、より高信頼性のデータ伝送が可能になります。
収集
ハノイ市、カウ・ジャイ区、ディック・ボング・ハウ町、82ズイ・タン、３Aビル5階 
