半導体電子機器における簡易回路、装置、材料

すべての電子回路の基本的な構成要素は、電子の流れが調節されることができる物体です。 ここでは、接合ダイオード(2電極素子)やバイポーラ接合トランジスタ(3電極素子)などの特定の半導体素子と、半導体物理学におけるいくつかの基本的なアイデアについて検討します。

導電体と絶縁体との間に導電性を有するものであれば、半導体材料として分類することができる。 温度が上がるほど抵抗力が高くなる金属とは対照的に、逆の作用をします。 不純物またはドーピングを結晶構造に添加して、材料の導電率を変化させることができる。
半導体接合は、同じ結晶内に異なるドーピングレベルの2つの成分が存在する場合に生成される。 半導体材料の例としては、シリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム、周期律表上のいわゆる「メタロイド階段」に近い元素などがある。
エネルギーバンドギャップが狭く有限なため、半導体は絶縁体に比べて抵抗が低い。なぜなら、周囲温度で原子価バンドの一部の電子が伝導帯に入るのに十分なエネルギーを持って逃げることができるからだ。

固有半導体
純粋な半導体は、固有の半導体の別名です。 これらはドーピングや不純物のない化学物質です。 自然発生的な固有半導体の最も効果的な例はゲルマニウムやシリコンのような物質だ。
原子価帯域から伝導帯および近傍原子への電子の移動は完全に「ホールの移動」と解釈されるが、半導体のホールの移動度は電子の移動度より著しく低いことに注意することが重要である。

外因性半導体
これらの半導体は、十分な量の不純物を添加して作られます。 外部半導体は不純物が100万ppm当たり数個に過ぎず、導電率が数倍まで上昇することができる。
外部半導体をドーピングしながら導入された不純物が格子構造を修正してはならないという点を肝に銘じなければならない。 これは、ドーパントと原子のサイズが同じであることを確認することによって達成できます。

世界的には、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ酸化物が最も広く利用されている半導体です。
シリコンとゲルマニウムの両方が半導体でよく使用されていますが、現在、シリコンがゲルマニウムよりも好まれている理由は次のとおりです。
ゲルマニウムはシリコンが耐えられる温度に耐えることができません。
ゲルマニウムと比較して、シリコンはリーク電流が実質的に少ない。

次に、半導体の日常生活における代表的な用途をいくつか示します。
温度センサー装置は半導体を採用している。
3Dプリント用の機械は半導体を使用しています。
マイクロチップと自動運転車の両方が半導体を使用しています。
電卓、ソーラーパネル、コンピューター、その他の電子機器はすべて半導体を使用しています。
電気回路のスイッチとして活用されるトランジスタとMOSFETは半導体で作られる。

半導体は導体と絶縁体の間に伝導範囲があるため、トランジスタ、ツェナーダイオード、太陽電池、スイッチ、電気回路など多くの日常用品に使われている。 半導体が分離される2つのカテゴリーは、外部半導体と内在半導体だ。
純粋な半導体、すなわち不純物やドーピングのない物質は本質的な半導体だ。 外部半導体は不純物が多く添加された半導体だ。

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