半導体

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半導体

導体と絶縁体の中間に位置する性能を持つ物質。抵抗率が中間という意味ではなく、温度によって導体にも絶縁体にもなるという特性を意味している。半導体は、ICやLSIといったトランジスターを用いた集積回路、太陽光発電パネル、LED照明、センサーやメモリーなど、電気機器を構成する装置のほとんどに半導体が活用されている。

温度によって絶縁性能が変化するという特性があり、低温では電流がほとんど流れない。シリコンは低温では絶縁体の性質を持っているが、温度上昇につれて自由電子の移動が活発となり、電流が流れやすくなるという性質があるため、半導体の材料として適している。

半導体の材料は、カーボンやゲルマニウム、シリコンがあり、トランジスターが発明された当初はゲルマニウムが素材とされていたが、現在はシリコンを用いたトランジスターが主流となっている。国内ではシリコンはケイ素とも呼ぶ。

半導体は高純度に精製された原材料が必要であり、半導体利用では「99.999999999%」(11N:11ナイン)の純度が必要とされ、これを「半導体グレード」としている。対して、ソーラーパネルに使用されるシリコンは「99.99999%」(7N:7ナイン)程度の純度でも十分な発電効率を確保できるため、精製工程を簡略化して工期短縮やコストダウンを図っている。

シリコンに不純物が混在していると、電流が阻害されてエネルギーを失う。半導体分野は取り扱う電流が極めて微弱なため、不純物の存在によるエネルギーロスが致命的となるが、太陽光発電のように大電流を取り扱う分野であれば、半導体で求められる微弱電流を流せるほどのグレードは不要である。

半導体の特徴のほか、導体や絶縁体の特徴や詳細については導体・半導体・絶縁体の違いを参照。

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