半導体というと、近年不足傾向にありPCの値段が高騰したイメージがあります。
改めて情報学の理解を深めるために今回は半導体に絞って執筆します。
「半導体」とは
半導体とは、導体と絶縁体の中間的な性質をもつ物体です。
主にシリコンが原材料として使われています。
半導体の用途としては、LED電球や、マイク、家電製品などを制御するために用いられます。
半導体の分類
・「IC」と「非IC」
IC（Integrated Circuit：集積回路)
・半導体のチップに複数の機能を持たせた電子部品。
IC４つの機能分類
１．ロジック
計算を行う。論理演算など。
２．メモリ
計算結果や入力情報を記憶する。
３．マイクロ
計算と記憶の両方を機能をもつ。
４．アナログ
増幅や現実世界の情報とデジタルの情報を変換する。
コラム
マイコンってなに？
マイクロコントローラの略称で、家電等の制御をする際に用いられます。
集積回路が目的の行動を回路によって決めるのに対して、
マイコンは行動を内蔵のソフトウェアの中身を書き換えることで決めます。
これによって、小型化と汎用性が上がり、家電での使用率が高まりました。
非IC
１つの目的に特化した電子部品。
非ICの３つの分類
１．オプト
光に関連する物全般を指す。
２．ディスクリート
トランジスタを指す。
３．センサ
温度、湿度、圧力等を情報として得るものを指す。
コラム
トランジスタってなに？
半導体のスイッチ機能を利用したもので、入れ替わる速度や使用する物によって
いくつかの種類が存在しています。
半導体の機能
１．増幅
音の波などを高くしたり低くしたりします。
波が上下に大きく変化することで、音量の調節などができます。
２．スイッチ
電気の流れによってONとOFFを操作します。
これによって２進数での表現が可能であり、ONを１,OFFを０とすると
「ON OFF OFF ON」で９を表現することができます。
（２３ ＊ １） ＋ （２２ ＊ ０） ＋ （２１ ＊ ０） ＋ （２０ ＊ １）
＝ ８ ＋ ０ ＋ ０ ＋ １ ＝ ９
３．変換
光を電気、電気を光に変えます。
具体例 ： 太陽光発電 ・ LED など
半導体の特徴
導体 半導体 絶縁体
（金・銀など） （シリコンなど） （ゴム・ガラスなど）
←ー低ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー高ー→
電気抵抗率
（電気を）通しやすい 通しにくい
電気抵抗率が導体と絶縁体の中間くらいにあり、半導体に使う素材の純度を調節したり、
他の半導体と組み合わせることで、電気抵抗率を変えたり、電気の流れを変えられる。
半導体はどうやってできているか
主に使われている材料はシリコン。（今後の解説でも例としてシリコンでの仕組みを説明します。）
シリコンが主役になった強み
１．めっちゃある。（酸素の次に多い）
２．不純物を取り除いた高純度のものが作れる。（99.999999999%くらい）
３．絶縁のための膜を作成しやすい。
１ 種類で作られた 半導体を 「単元素半導体」といい、
２種類以上で作られた半導体を「化合物半導体」という。
（化合物半導体は汎用性が低く、コストも高いので特定の用途で一部しか使われない。）
半導体の構造
・－－－－－－－－－－・ シリコンの中
｜・－－－－・－－－－｜ 陽子（＋の電荷） １４個
｜｜ －－－・－－－｜｜ 中性子 １４個
｜・ ｜ シリコン ｜・｜
｜｜ ーーー・ーーー｜｜
｜－－－－－・－－－－｜
・－－－－－－－－－－・
・は電子
１番外側の電子を価電子という。（シリコンで言うと４個ある。）
価電子は安定するために必要な個数があり、
シリコンで言うと８個で安定する。
そのため後の４個を他のシリコンと結合し、共有しあうことで安定させる。
原子が結合したものを結晶という。
規則正しく並ぶと単結晶
バラバラに並ぶと多結晶
更新をお待ちください…
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