【半導体工学】半導体の種類

科学、数学、工学、プログラミング大好きNavy Engineerです。

Navy Engineerをフォローする
工学

半導体は様々な種類があり,各特性によって様々な区別ができます.本記事では構成元素,結晶の種類,遷移,エネルギーギャップ,パワー用による半導体の種類を紹介します.

スポンサーリンク

半導体の種類

構成元素による区別

半導体は構成される元素によって大きく元素半導体化合物半導体混晶半導体の3種類に分けることができ,各半導体で特徴の傾向があります.

(1) 元素半導体

元素半導体はシリコン (Si),ゲルマニウム (Ge),炭素 (C)などのⅣ族である一つの元素だけで構成された半導体のことです.シリコン (Si)とゲルマニウム (Ge)は集積回路によく用いられます.しかし間接遷移型の半導体であるため発光ダイオード (LED)などには用いられませんが,フォトダイオード (PD)としてイメージセンサや太陽電池としても用いられます.

(2) 化合物半導体

化合物半導体2種類の元素から構成される半導体です.Ⅲ族の元素とⅤ族の元素からなるⅢ-Ⅴ族化合物半導体や,Ⅱ族の元素とⅥ族の元素からなるⅡ-Ⅵ族化合物半導体,二つのⅣ族の元素からなる化合物半導体があります.よく使われる化合物半導体にGaAs (Ⅲ-Ⅴ)や,InP (Ⅲ-Ⅴ)などがあり,シリコン (Si)ではできない発光ダイオードや移動度の高いトランジスタなどに利用されます.

(3) 混晶半導体

混晶半導体は化合物半導体を組み合わせることで3種類以上の元素から構成される半導体です.様々な半導体材料とその比率を制御することで様々な特性を半導体を開発・利用することができます.

結晶の種類・結晶構造による区別

半導体は単結晶多結晶アモルファスの3種類に分類できます (詳しくはこちら).また単結晶や多結晶は構成される結晶構造も様々あります.結晶の種類や結晶構造よっても半導体の特性が変わるので紹介します.

(1) 単結晶

単結晶結晶全体が一定の原子構造のみで構成される結晶です.また各半導体 (固体)によりその結晶構造があり,ダイヤモンド構造や,閃亜鉛鉱構造,ウルツァイト構造などがあります.

(2) 多結晶

多結晶複数の一定の原子構造を持つまとまりで構成される結晶です.単結晶と比較して一定の原子構造を持つまとまり間で結晶の欠陥となり,デバイスによっては性能が落ちてしまいますが価格が低い特徴があります.例えば太陽電池では多結晶のシリコン (Si)は単結晶のシリコンと比べて発電量が低くなりますが価格が安い特徴があります.

(3) アモルファス

アモルファス一定の原子構造を持たない結晶です.半導体では単結晶や多結晶とは違う特性があるアモルファス半導体があります.

直接遷移と間接遷移による区別

半導体は電子が価電子帯から伝導帯に遷移する際に電子の波数 (運動量)が変化するかで区別することができます.波数が変わらない遷移を直接遷移といい,直接遷移する半導体は直接遷移型半導体などと呼ばれます.反対に波数が変わる遷移を間接遷移といい,間接遷移する半導体を間接遷移型半導体といいます.

(1) 直接遷移型半導体

直接遷移型半導体は電子が価電子帯から伝導帯に遷移する際に波数 (運動量)が変化しない直接遷移する半導体のことです.直接遷移型半導体としてはGaAs,GaN,InPなどがあり,発光ダイオードは基本的に直接遷移型半導体です.

(2) 間接遷移型半導体

間接遷移型半導体は電子が価電子帯から伝導帯に遷移する際に波数 (運動量)が変化する間接遷移する半導体のことです.間接遷移型半導体としてはSi,Geなどがあります.

エネルギーギャップ・パワーによる区別

以上で紹介した半導体の区別の他に,半導体の各特性や使用目的による区別もあります.バンドギャップが広い半導体であるワイドギャップ半導体,電力を制御・供給するための半導体であるパワー半導体を紹介します.

(1) ワイドギャップ半導体

バンドギャップ (禁制帯幅)が広い半導体ワイドギャップ半導体といい,SiC,ダイヤモンドや,GaN,AlN,ZnO,ZnS,ZnSeなどがあります.バンドギャップが大きいため青,紫などの短波長を発行する発光ダイオードや,高耐圧で高周波で利用できる半導体として用いられます.

(2) パワー半導体

パワー半導体電力を制御・供給するための半導体であり,電源をより省エネで小型な素子で制御・供給できるとして注目・開発が盛んにされています。

まとめ

本記事では様々な区別による半導体の種類を紹介しました.半導体の種類によって各半導体の特性や利用目的も変わります.

+1

コメント

タイトルとURLをコピーしました