この記事では、一般的な半導体デバイスについて、一般的に知られている半導体デバイスの種類や半導体の他の多くの側面について少し見ていきましょう。 トランジスタの発明以来、エレクトロニクスの世界は、研究、開発、製造、新しいデバイスや技術の開発において、常に指数関数的なカーブを描いてきました。
電子デバイスは、産業や製造、通信、芸術、医学、そして戦争といった分野で、高速伝送、取得、処理といった情報の取り扱いに関するすべてです。
電子システムは金属、絶縁体、半導体の助けを借りて製造されますが（これらについては後で詳述します）、半導体は電子機器の基幹と見なされています。
半導体デバイスのさまざまなタイプについて説明する前に、半導体とは何かについて知っておくことが重要です。 もう少し詳しく説明すると、材料は電気を通す能力によって、導体、絶縁体、半導体に分類されます。
導体とは、電気を通す能力が非常に高い材料です。 通常、金属は電気伝導率が高く、家庭の電気配線には銅やアルミニウムが使われています。
反対に、絶縁体は電気伝導率が非常に低い物質です。 ガラス、木、紙などが絶縁体のよい例です。
さて、ここで重要な材料、すなわち半導体について説明しましょう。 室温では、半導体は導体よりも電気伝導率が低く、絶縁体よりも電気伝導率が高い物質です。
NOTE: 半導体についてより詳しく理解するには、美しく複雑な量子力学を深く掘り下げる必要がありますが、この議論では「確かに」範囲外です。
半導体材料
Ω-1 cm-1 単位の電気伝導度でいえば、10-9 Ω-1 cm-1 から 102 Ω-1 cm-1 までのものが半導体材料にあたります。
従来、シリコン（Si）やゲルマニウム（Ge）などのIV族元素は、単原子だけの半導体（元素型半導体）と見なされていました。 ガリウムヒ素（GaAs）は、このカテゴリで最もよく知られた半導体材料で、実際、最もよく使われる半導体材料としてシリコンに次いで2番目です。
簡単に言うと、半導体デバイスは、シリコン（Si）、ゲルマニウム（Ge）、ヒ化ガリウム（GaAs）などの半導体材料に基づいて設計、開発、製造される電子部品の一種です。
1940年代後半（または1950年代前半）に半導体が使用されて以来、半導体は電子機器およびオプトエレクトロニクスやサーモエレクトロニクスなどのその派生製品の製造における主要材料となっています。 真空管と半導体デバイスの主な違いは、真空管では電子の伝導が気体状態で起こるのに対し、半導体デバイスの場合は「固体状態」で起こることです。
半導体デバイスには、ディスクリート部品デバイスと集積回路があります。
電子機器やコンポーネントの製造に半導体デバイス（およびその基礎となる半導体材料）を使用する主な理由は、電荷キャリア、すなわち電子と正孔の伝導性を容易に操作できることです。 この導電性さえも、電界、磁界、光、温度、機械的歪みなどの外部または内部要因によって制御することができます。
温度や光などの外部要因をとりあえず無視して、半導体材料にはドーピングというプロセスが一般的に行われており、構造だけでなく電気特性を変えるために不純物がその構造に導入されています。
純粋な半導体は真性半導体と呼ばれ、不純物やドープされた半導体は外来半導体と呼ばれます。
ドープ後に半導体構造内の自由電子の数が増えると、その半導体はn型半導体として知られます。 同様に、正孔が増加した場合は、p型半導体として知られています。
さまざまな種類の半導体デバイス
以下では、一般的に使用されている半導体デバイスの一部を紹介します。 デバイスの物理的な構造に基づいて、以下のリストは2端子デバイスと3端子デバイスに分類されます。
二端子デバイス端子型半導体デバイス
- ダイオード
- ショットキーダイオード
- 発光ダイオード（LED）
- ダイアック
- ツェナーダイオード
- フォトダイオード（フォトトランジスタ）
- ピンダイオード
- レーザーダイオード
- フォトセル
- 太陽電池
- ガンダイオード
- IMPATTダイオード
- TVSダイオード（過渡電圧抑制ダイオード）
- VCSEL（面発光レーザ）
トンネルダイオード
3-凸型ダイオード
- バイポーラトランジスタ
- 電界効果トランジスタ
- 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）
- ダーリントン トランジスタ
- シリコン整流器（SCR）
- トライアック
- サイリスタ
- ユニジャンクショントランジスタ
また、いくつかの4極のトランジスタがあります。オプトカプラ（フォトカプラ）、ホール効果センサーなどの端子付き半導体のこと。
上記の半導体デバイスの一部については、「P-N接合ダイオード」、「トランジスタ」、「サイリスタ」をお読みください。
半導体デバイスの応用
前述のように、半導体デバイスはほとんどすべての電子機器の基礎になっています。 半導体デバイスの応用例としては、
- トランジスタはマイクロプロセッサなどの各種集積回路の主要部品です。
- 実際、トランジスタは論理ゲートやその他のデジタル回路の構築における主要部品です。