電子部品と半導体の関係について詳しく解説します

電子部品とは電子回路を構成する部品の総称で、機構部品、複合部品、受動部品、能動部品などがこれに含まれます。機構部品はコネクタやソケットなど構造が主たる機能と言える部品。複合部品は電圧制御発振器やメカニカルフィルターなど内部に複数の部品を持ちつつ、全体として汎用的な機能を持つ部品。受動部品は、抵抗やコンデンサ、コイルなど、外部から印加される電圧や流れる電流に対して常に直線的あるいは単一的な挙動を示すもの。そして能動部品はダイオードやトランジスタ、古くは真空管など、入力信号の変化に応じて出力が非線形に変化する特性をもつ部品で、このダイオード、トランジスタの主たる原料が半導体です。また、電子部品のユーザーおよび購入者である電子機器メーカーでは、半導体でできた部品を総称して半導体と略する場合があるので、何をもってそう言うかは場合によります。

物質としての半導体と素子材料としての半導体

半導体とは導体でもなく絶縁体でもない物質です。例えば各所で配線材料に使われる銅やアルミニウムは電気を良く通す導体で、ガラスやテフロンは電圧を加えても電流が流れない絶縁体。概念的にはこれらの中間的な性質を持つのが半導体です。抵抗器は半導体ではありません。何故ならば印加する電圧の値に関係なく、流れる電流がI=V/Rの一次式で決まるから。半導体は導体と絶縁体の両方の特性を持ち、それぞれの特性を表す領域が決まっているので、反応は直線的ではありません。物質としての半導体はシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素が有名です。シリコンやゲルマニウムはただ電気を流すだけでは大した使い道はありません。実際に素子として活躍させるためには、これらの原料に別の物質を極僅か混ぜ合わせます。その結果、自由電子が少しだけ存在するようになったものをn型と呼び、逆に電子が少しだけ不足したものをp型と呼び、実用的な素子の材料となるのはこのかたちです。

電子部品としての半導体素子の構造例

最も分かり易いのがダイオード。p型とn型を貼り合わせて両端に電圧を加えると、p型を陽極とすれば電流が流れn型を陽極とすると電流が流れない、整流効果が得られます。ダイオードを二つ繋ぐ格好でn型p型n型の順に並べたのがNPNトランジスタ。逆にp型n型p型の順に並べたのがPNPトランジスタで、共にベースに電流を流すとコレクタにその何倍もの電流が流れる増幅作用が現れます。このタイプはn型とp型の両方を使うことからバイポーラーと呼ばれ、n型とp型を貼り合わせる構造に着目すれば接合型。両方合わせてBJT(BipolarJunctionTransistor)と呼ぶ人もいて、比較的小さな電気信号を扱う個別部品に多く見られます。BJTに対するのがMOSFET。これは、素子の基礎となるシリコン板の上にn型またはp型の半導体層を形成し、酸化膜で絶縁した電極に加える電圧の加減によって半導体中を流れる電流を制御するタイプのトランジスタ。構造が簡単なことから集積回路に適し、今日LSIで使われるほとんどトランジスタが、この進化型であるCMOSFETと呼ばれるタイプです。