半導体とは？

半導体とは？
性質や機能、開発の歴史などを解説

半導体はパソコンやスマートフォン、自動車だけでなく、私たちが普段使っている電子機器や社会インフラのさまざまなところで活躍しています。一方、多くの場合、半導体そのものは一般向けには販売されておらず、詳しく知っている人は少ないのではないでしょうか。
ここでは、私たちの暮らしを支える半導体について、その性質や材料、機能、歴史などを解説します。

1. 半導体は導体と絶縁体の中間的な性質を持つ物質

半導体とは、導体と絶縁体の中間の性質を持った物質です。導体は、金や銀、銅といった金属に代表される電気をよく通す物質です。一方、絶縁体は、電気を通さない物質で、代表的な素材にゴムやガラス、セラミックなどが挙げられます。これらの中間的な性質を備える半導体は、ある条件では電気を通し、また別の条件では電気を通さないため、その特徴をうまく活用することによって、電流を制御することができます。

半導体の本来の意味はこうした物質やその性質を表すものです。しかし現在では、半導体を活用して作られた電子部品や、それらを集積したトランジスタやIC（集積回路）などの製品の総称としても用いられます。

2. 半導体の材料

半導体の材料で最も多く使われているのは、自然界に潤沢に存在する物質であるシリコン（ケイ素）です。純粋なシリコンそのものはほとんど電気を通さないため、不純物を混ぜて電気を通すように加工することが一般的です。シリコンは加工しやすく、純度を高めたり、不純物を調整したりするのが容易だということも、半導体に多く使われる理由のひとつでしょう。

さらに、シリコンは光や熱などのエネルギーを受けても、比較的安定した電流制御が可能というメリットがあります。半導体にはシリコン以外にも、ゲルマニウムやセレン、カーボンなどが使われますが、これらの理由からシリコンが主流となっています。

3. シリコンバレーと半導体

米国のカリフォルニア州サンフランシスコにある、シリコンバレーと呼ばれる地域の名前も、半導体に由来しています。半導体を活用した電子部品のひとつであるトランジスタを発明した、ウィリアム・ショックレーが半導体の研究所を設立したことがシリコンバレーの発展のきっかけです。研究所設立後、シリンコンバレーには、エレクトロニクスやコンピューター関連企業をはじめとする最先端技術を扱う企業が集積されました。これらの企業のさまざまな製品に使われる半導体の素材がシリコンであることから、シリコンバレーと呼ばれるようになったのです。

4. 半導体の機能とは？

半導体にはどのような機能があるのでしょうか。半導体が持つ3つの機能について紹介します。

電気の流れを制御する

半導体の機能は、電気の流れを制御することです。半導体は導体と絶縁体の中間の性質のため、電流を制御することができます。この特性を利用することで、電流のオンとオフの切り替えや、電流の一方向のみへの通電などのコントロールが可能です。オンとオフの切り替えはトランジスタやインバーター、一方向への通電はダイオードやコンバーターで活用されています。

電気信号を増幅する

電気信号を増幅することも半導体の機能です。微弱な電流でも、半導体を活用することで電流を大きくすることが可能です。例えばラジオの場合、微弱な電波を受信し、半導体が増幅することで、スピーカーから大きな音を発することが可能となります。

電気エネルギーと光を変換する

電気エネルギーと光を変換することも、半導体の機能です。半導体は電気のエネルギーを光に変換することができます。LEDや有機EL、レーザーなどはこの機能を活用して開発されました。エネルギーの大きさによって、放出される光の種類が異なります。

また、光エネルギーを電気に変換することも、半導体の機能のひとつです。太陽光発電用のパネルやスマートフォンのカメラに使われているCMOSセンサーは半導体のこの機能を活用しています。光エネルギーを直接、電気エネルギーに変換できる点が特徴です。

5. 半導体製品の種類

半導体製品にはさまざまな種類があります。ここでは代表的な5つを紹介します。

• ミネベアミツミの半導体製品

6. 半導体の歴史

半導体は現代社会に欠かすことのできない存在となっています。その誕生は、およそ150年前までさかのぼります。半導体がいつ誕生し、どのように進化していったのか、その歴史を見てみましょう。

7. 半導体が使われている製品

半導体は私たちの身の回りにある、ありとあらゆる製品に使われています。具体的にどのような製品に使われているのか、家庭で使う電化製品と社会を支える製品の代表例を紹介します。