半導体をシンプルに：知らなければならない5つの事実
概要
半導体は、スマートフォンから再生可能エネルギー・ソリューションに至るまで、あらゆるものに電力を供給する、現代技術のバックボーンである。半導体の主な特性を理解することは、エレクトロニクスにおける半導体の役割を解明するのに役立ちます。ここでは、半導体に関する5つの重要な事実をご紹介します：
- 現代エレクトロニクスの基盤 - 半導体は、スマートフォン、コンピュータ、ソーラーパネルなどのデバイスに不可欠であり、トランジスタ、ダイオード、集積回路の動作を可能にします。
- シリコンは王様 - シリコンは 、その豊富さ、安定性、優れた電気的特性により、最も広く使用されている半導体材料であるが、 窒化ガリウム(GaN)や 炭化ケイ素(SiC) などの代替材料が 高性能アプリケーション向けに登場している。
- 伝導体としても絶縁体としても機能する - 半導体は、伝導状態と絶縁状態を切り替えるユニークな能力を持っており、電子デバイスにおける電気信号の精密な制御を可能にする。
- ドーピングによる性能向上 - 半導体の電気的特性は、不純物の添加（ドーピング）によって変更することができ、 n型 （余分な電子）またはp型（電子不足）の材料を作り出し 、トランジスタのような重要なコンポーネントを形成します。
- AIと再生可能エネルギーに不可欠 - 先端半導体は、AIプロセッサ、5Gネットワーク、および効率的な太陽電池に電力を供給し、次世代技術と持続可能なエネルギーソリューションへの移行において重要な役割を果たしています。
半導体製造におけるウェハーとセンサー
ウェーハは半導体材料の薄片で、ほとんどの半導体デバイスを製造するための基盤を形成する。多くの場合、高純度シリコンから製造されるが、デバイスのニーズに応じて他の材料を使用することもできる。これらのウェハーは、フォトリソグラフィ、エッチング、ドーピングなどの一連の工程を経て、半導体デバイスの複雑な回路が作られる。
半導体で作られることの多いセンサーは、自動車、ヘルスケア、環境モニタリングなど多くの産業で重要な役割を果たしている。 これらのセンサーは、温度、圧力、光、さらには化学組成の変化を検出することができる。例えば、半導体から作られる光検出器は光を電気信号に変換するため、カメラやその他のイメージング・デバイスのアプリケーションに不可欠である。
半導体業界の材料比較表
次の表は、半導体産業で最も一般的に使用されている材料を比較し、その特性、利点、代表的な用途を示したものです：
|
材料 |
電気伝導度 |
バンドギャップ (eV) |
利点 |
一般的な用途 |
|
シリコン (Si) |
中程度 |
1.1 |
豊富、安定、コスト効率 |
マイクロチップ、太陽電池、トランジスター |
|
ゲルマニウム（Ge） |
高い |
0.66 |
高速アプリケーション |
トランジスタ、検出器 |
|
ガリウムヒ素 （GaAs） |
高速 |
1.43 |
電子移動度の高速化 |
LED照明、高周波デバイス |
|
炭化ケイ素（SiC） |
中程度 |
3.26 |
高熱伝導性、堅牢 |
パワーエレクトロニクス、電気自動車 |
詳細はスタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご覧ください。
よくある質問
半導体の主な用途は何ですか？
半導体は主に電気信号を制御する電子機器に使用され、コンピューター、スマートフォン、医療機器などの機能を実現しています。
半導体はどのように作られるのですか？
半導体は、シリコンなどの原料から作られます。この材料をウェハーに加工し、さまざまな化学薬品で処理し、エッチングし、目的の電子特性を作り出すために積層します。
半導体製造におけるウェハーの役割とは？
ウェハーは、電子回路のベースとなる半導体材料の薄片です。このウェハーを加工し、さらに細かく切断することで、個々の半導体部品が形成されます。
半導体は導体や絶縁体とどう違うのですか？
半導体は、導体と絶縁体の中間に位置する電気的特性を持っています。特定の条件下では電気を通すことができますが、金属（導体）のように自由ではありませんし、絶縁体のように制限されることもありません。
なぜシリコンは半導体製造によく使われるのか？
シリコンは豊富で安定していて安価であるため、半導体の大量生産に理想的な材料です。また、シリコンには有利なバンドギャップがあり、幅広い電子用途で効率的な動作が可能です。
