半導体について知ろう!-我々の生活に欠かすことができない物質

半導体について知ろう!-我々の生活に欠かすことができない物質

私たちの周りにはさまざまな機械があり、そのほとんどに半導体は含まれています。耳にすることはあっても、その詳細まで知らない人も多い半導体。ここでは、半導体とはどのようなものか、どのような種類があるのか、またその製造工程についてご紹介します。
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パソコンやテレビ、スマートフォンなどの電化製品、交通や通信の管理運営や自動車の安全性向上、先端医療に使われる機器……。私たちの身の回りでは、さまざまなところで半導体が使われています。そんな身近な存在である半導体ですが、どのようなものか?と聞かれると、案外答えられない人が多いのではないでしょうか。そこで今回は、半導体の材料や製造工程など基本的な知識を紹介します。

半導体とは?

半導体とは何かを知るために、まずは導体と絶縁体について確認しておきましょう。

導体とは電気を通しやすい物質のことで、例えば金属がそれにあたります。一方、絶縁体は電気をほとんど通さない物質。例えばゴムが絶縁体です。

半導体とは、そんな導体と絶縁体の中間的な性質を持つ物質で、温度変化や光の照射量、不純物の有無など、一定の条件下でのみ電気を通す性質があります。

半導体のそのような性質を利用することで電気抵抗を調整し、さまざまな電子部品が作られます。電流を一方向にのみ流すダイオードや、電気信号の増幅や電気信号のON/OFFを高速化するトランジスタなどの半導体素子がその例です。

半導体の種類

半導体は、大きく次の2種類に分けられます。

  • 元素半導体

シリコンやゲルマニウムなど単元素を材料にしている半導体。純粋な結晶では絶縁体に近いため(真性半導体)、リンやヒ素などの不純物を添加し、電気抵抗を低下させて導体に変化させる必要があります。

  • 化合物半導体

複数の元素を材料にした半導体で、高周波デバイスや光半導体として多く使われています。

化合物半導体にはセラミックス半導体や硫化物(硫化カドミウムや硫化鉛、硫化カドミウムなど)半導体、酸化物(酸化亜鉛や酸化鉛、酸化銅など)半導体、テルル化合物(テルル化カドミウムやテルル化鉛など)半導体など、さまざまなものがあります。構成する元素の組み合わせにより、族単位で分類します。

また、元素半導体や化合物半導体のほかに、アントラセンやルブレンなど半導体の特性を示す有機材料である、有機半導体と呼ばれるものがあります。

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半導体の製造工程

続いて半導体の製造工程について紹介します。

洗浄

半導体は、高純度単結晶シリコン基板であるウェーハ上に、複数回微細加工を施すことで製作します。この際、ウェーハに少しでも汚れがあれば回路に欠陥が生じるため、専用の薬液であらゆる汚れを除去します。

成膜と成膜後の洗浄

洗浄したウェーハ上に回路の素材となる薄膜を形成します。その後、成膜時についた微細なごみを改めて洗浄します。

レジストコーティング

レジストと呼ばれる保護膜をウェーハ表面に塗布します。

露光と現像

短い波長の遠紫外線を、ウェーハ表面に塗布したレジストに照射することで、レジスト膜を変質させて回路パターンを転写する「露光」を行います。そしてこの露光した部分に現像液を吐出し、溶かして薄膜の表面を露出させます。

エッチング

露出した薄膜を薬液で除去し、回路パターンを形成します。

不純物注入と活性化

ここまで処置したシリコン基板に半導体としての特性を持たせるため、ウェーハ上に不純物を注入します。熱処理を施し、注入した不純物を活性化させます。

レジスト剥離

不要となったレジストをウェーハ表面から剥離します。

組み立て

製造したシリコン基板を1つずつチップに切り分け、リードフレームという金属製の枠に接続し、プラスチック製樹脂に封入することで完成です。

半導体はこれからの設計にも欠かすことができない部品

半導体は今や私たちの周りにあるさまざまな機器に使われています。今回は半導体の材料や製造工程について基本的なことを紹介しました。半導体は、私たちがこれから何かを設計をする際も、多く関わることになるでしょう。今回紹介した内容を、ぜひ今後にお役立てください。

参考:

リタールの技術ライブラリ
「規格に適合したスイッチギア及びコントロールギアの製作IEC 61439適用」
本冊子は、新規格IEC 61439 準拠に必要な様々な対策を講じる上でのお手伝いをするために作成しました。リタール製規格適合システム製品の利用に関するご相談から貴社機器の要求設計や日常検査のご提案まで、幅広くご利用ください。
※新規格IEC 61439における変更点の他、「設計検証報告書」の作成方法などについて、85ページにわたって解説しています。

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