電子部品に組み込まれている半導体の種類

半導体は、シリコンやゲルマニウムなど純粋な物質に不純物を混合することで、電流を流れやすくした電子部品です。これらの物質は、通常時はほぼ電流が流れない絶縁体と同じような性質を持っていますが、不純物を混ぜた半導体では、電子が自由に動き回ることができる状態となります。半導体には、キャリアとして自由電子を持つn型半導体や、ホールを持つp型半導体など多くの種類があり、具体的な製品としてはトランジスタやダイオード、ICやLSIなども半導体の一種です。このほか、パソコンや携帯電話の記憶素子に使用されるメモリや、大きな電流を流すことができるパワーデバイス、ジャイロスコープや圧力センサーなど各種センサーも半導体の一種で、現代の情報化社会では無くてはならない物の一つとなっています。

トランジスタやダイオードは基本的な半導体素子

トランジスタやダイオードのように、1つ1つの電子部品となっている半導体素子は、個別という意味で特に「ディスクリート部品」と呼ばれています。トランジスタは、真性半導体に僅かの不純物を混ぜ、n型とp型にしたものを、pnp接合もしくはnpn接合したもので、ベースにある一定以上の電圧をかけることで電流が流れ出すため、回路のスイッチングやアイソレーション用途に良く利用されています。ダイオードは、n型とp型を1つずつ合わせpn接合したものです。順方向に電圧をかけると電流が流れますが、逆方向の電圧では電流が流れないため、整流用途に利用されます。但し、ツェナーダイオードは、一定以上の逆方向電圧がかかると電流が流れ出すことから、この性質を利用して過大な電流が流れないよう静電対策などに利用されています。

現代の半導体の代表格はICやLSI

ICはIntegredcircuitの略称で、集積回路のことです。コンデンサやトランジスタなどのディスクリート部品を、極小サイズにしてシリコンチップに集積させたもので、大規模なものでは数千万個から数億個のディスクリート部品が内蔵されています。ICの代表的な製品としては、RAMやROMなどのメモリがあります。特にDRAMは年々進化を遂げ、現在は転送速度が10GB/sを超えるDDR4SDRAMが開発されるなど、電子機器にとっては必須の部品となっています。このほか、内部の回路を自由にプログラミング可能なFPGAも、代表的な半導体の一つです。一般的なICやLSIは、製造工程で回路が作成されるため、製品となったものは作り換えることができません。一方FPGAは、ユーザーが自由にプログラミングし、一度書いたものを消去して書き換えることができるため、非常に自由度の高い電子部品と言えます。