半導体とは
小学生の実験では、豆電球までの線の間に、鉄とか木とかに電気を通して、
「鉄は電気を通す、木は通さない・・・」
など、理科で実験したが、それで電気を通すモノ、通さないモノを家のあちこちで、電池付き豆電球片手に試したものです。
- 鉄は電気を通す、プラスチックは通さない、木も。。
- 銅は通す。。。。金属はほとんど通す
というようなことがわかった記憶が・・
しかし・・・ 混ぜ合わせたらどうなるのか？
電気を通すモノ同士を混ぜるともしかしたら通さないかもしれません。鉄と銅を混ぜ合わせたら電気を通すのか？
電気を通す鉄に、電気を通さない木やプラスチックを混ぜると。。。 それから、少しずつ配合の量を変えていくと・・
また、組み合わせて、鉄の上にアルミを貼り合わせると、もしかしたら
→鉄→アルミ→ とは電気を通さないかもしれない。。。
いろんなものを混ぜ合わせる、それでも電気を通すのか？
どうなるのか。。疑問に思ったこともありませんでした。
このへんが 半導体のもとです。
- 電気を通すモノを ”導体”
- 全く通さないモノを ”絶縁体”
- 場合により通したり通さなかったりするものを ”半導体”
と呼ぶようです。
ある条件のときだけ電気を通す半導体
いろんなものを混ぜ合わせると、ある条件の時だけ電気を通す不思議な物質ができる
それが半導体といえます。
どっかから掘り出してきたな石だったり、あるものどうしを混ぜ合わせたりすると、組み合わせで、驚くべき電気的な特徴が出るものある。。
最初は偶然から発見されたんでしょうね。
ある条件、 たとえば、
- ＋－を反対にしてみると、反対向きには電気が流れなくなる：ダイオード
- ドンドン温度を上げていくと突然電気を流さなくなるもの：半導体ヒューズ
- 温度を上げるに従って、ドンドン抵抗が大きくなるモノ。
- 光が当たる強さで抵抗が変わるモノ：CDS
なんやかんやを混ぜ合わせると、こんな電気的特徴を持つものができるのが半導体と思っておいていいでしょう。
初期にはなんやかんやを混ぜ合わせてつくられていたようですが、現在では、半導体といえば、シリコンが主役。
かつての電気回路
出始めの昔の冷蔵庫とか炊飯器とは、すっごくわかりやすい仕組みで、
ON、OFFや温度を調節する仕組みなどは、
温度で膨張して接点が開閉するサーモスタットやバイメタルとかで
スイッチをつなげて電気を流す、気持ちいい仕組みでした。
スイッチが入ると回路の配線がつながり、回路が作動する。。
その方法での制御はとてもわかりやすく明快で、リレーとか、シーケンスとかの回路はわかりやすくて気持ちいいですね。
それが今では、次々いろんな半導体が発明されて、カーボン抵抗みたいな見かけをしているけど、温度を上げると、どこも動くわけでもないのに勝手に電気を通さなくなる。。。
回路に自動判断、動作させる場合に使われるものはほとんどがこんな半導体にとって代わられました。
そのせいで回路がややこしく、しかし高機能になっています。
最初は真空管ができコンピューターにも使われたけど、次にダイオードの原理から出てきたトランジスタの登場で真空管は駆逐されてしまいました。
真空管は予熱が必要で、かつて真空管が使われたテレビはＯＮまでしばらく時間がかかった。
今では半導体の発展が回路の歴史になってしまいました
でも真空管はこの世から消えずに、オーディオマニアの間でいまだに根強い需要があり、かつての東側圏で作られていたものがいまだに生産されているみたいです。これもやっぱり歴史ですね。
半導体はどう動く？
接点が閉じたり開いたりして電気の流れを止めるのでなくて、原子レベルの特性を使って、電気の流れを開閉、調整するようなものが半導体といえるでしょう。
電気回路、電子回路の理解は、ＩＣの製造ではないので、回路ではその原子レベルの動作原理の知識は必要ではなく、半導体の利用方法の方が重要です。
半導体の生成と中身
現代では半導体といえばシリコンです。
現代の主流：デジタル半導体、液晶の製造は、クリーンルーム（ホコリを微細なレベルに取り除いた工場）で、シリコンウエアハー上に膜を乗せるように作られます。
renesasバーチャル工場見学画像より
半導体は原料にシリコンを主体に作られます。そのため半導体関連はシリコンでたとえられる。
半導体業界の景気循環：シリコンサイクル
半導体の密集地帯：シリコンバレー
renesasサイト説明画像より
もう少し知りたい人は
ルネサスサイト
半導体ができるまで 回路製作にはIC内部まで知らなくてもいいですが
工場見学の遠足に出発
バーチャル工場見学 おやつ（or ビール）片手に眺めるのも悪くないかな
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