半導体とは(導体と絶縁体の中間? そういう事じゃないでしょう)

1、物質としての半導体
 半導体によくある説明に、導体と絶縁体の中間の性質を持つ物質と書いてあるものが見受けられるが、では、半導体は抵抗器に使う物なのか?、と思ってしまいます。 確かに物質の説明としては間違ってないかもしれないが、半導体は何なのかを知りたい人は、多分そんな事を知りたいのではないと思います。
そもそも半導体とは、

一言で言えば「センサー」です。

トランジスタも? と思うかもしれませんが。トランンジスタは電圧(電流)を検知して、増幅あるいはスッチングします。機能はセンサではありませんが、物質の性質としてはセンサです。

つまり電圧、電流、光、圧力、磁気、温度等、色んなものに反応するセンサが半導体の本質です。この各々のパラメータに反応して、半導体の抵抗値(或いは電圧値)が変化するのです。

センシング要素別の半導体例
 電圧:MOS FET
 電流:バイポーラトランジスタ
 光:フォトトランジスタ
 圧力:ピエゾ素子(圧力センサ)
 磁気:ホール素子(磁気センサ、電流センサ)


2、機能としての半導体
 半導体といえば、IC(マイコンやメモリ等)を想像する人が多いと思います。
ここではこの切り口で書きたいと思います。
ICは集積回路(Integrated Circuit)の事ですが、昔、電子回路は、個々の独立した素子で構成されていました。プリント基盤上はトランジスタ、抵抗、コンデンサ等で構成されてICは存在しまませんでした。 やがて、より複雑なロジック(AND、ORのような)を組むために複数のトランジスタを一つのチップに搭載したものを作り、それがICの始まりです。

更に複雑なロジックを実現させる為、フローチャートを実行できるマイコンが登場しました。時系列で演算させる為に順序回路という一時記憶素子がフリップフロップとして登場し、プログラムを格納する為にメモリが開発されました。それら全てを一つのチップの中に収めた物が近代のICです。
電子回路はほぼICで構成されていると言っても過言でなく、IC内に収めれないレベルのノイズ除去回路等がICの外に配置される構成になっています。
 

3、構造としての半導体
 ここでは、ICの構造について書きます。
IC内部は、ほぼトランジスタの集合体です。トランジスタはON /OFFのスイッチに過ぎませんから、全てのロジックはON /OFFだけで実現できる事を意味します。
また、トランジスタの集合体という事は、ICはN型半導体とP型半導体だけでほぼ構成されてまる事になります。
製造効率上、各素子間の絶縁は、絶縁体を使うのではなく、NとPの逆バイアス(電流を流さない)の性質を利用して実現させています。ですのでプリント基盤上の素子間絶縁とは根本的に異なり、逆極性にすると絶縁が機能せずショートしてしまう事を認識しなければいけません。 また、入力端子に繋がっているトランジスタのゲートは、酸化膜という耐圧の低い物質でできています。 このようにICは構造上、非常に弱い部品でもありますので、使い方に注意しなければなりません。

コメント

このブログの人気の投稿

モーター始動時の突入電流の理由(コイルは起動電流を阻止するはずなのに)

ロードダンプサージは誘導負荷サージ(逆起電力)ではない

サージとインラッシュ電流(突入電流)の違い