半導体は、温度、圧力、放射線および電界または磁界など、それらが施された外部条件に応じて、選択的に導電性または絶縁性の機能を実行する要素です。
周期表には、14の半導体元素が含まれており、その中でシリコン、ゲルマニウム、セレン、カドミウム、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、インジウム、炭素が際立っています。半導体は電気伝導度が中程度の結晶性固体であるため、導体と絶縁体の両方として使用できます。
それらが導体として使用される場合、特定の条件下で電流の循環を可能にしますが、一方向のみです。さらに、それらは導電性金属ほど高い導電性を持たない。
半導体は、電子アプリケーション、特にトランジスタ、ダイオード、集積回路などのコンポーネントの製造に使用されます。また、ソリッドステートレーザーなどの光学センサーや、電力伝送システムの一部のパワーデバイスのアクセサリーや補完物としても使用されます。
現在、このタイプの要素は、家庭用および産業用アプリケーションの両方で、電気通信、制御システム、および信号処理の分野の技術開発に使用されています。
タイプ
半導体材料には、存在する不純物やさまざまな環境刺激に対する物理的反応に応じて、さまざまな種類があります。
真性半導体
それらは、その分子構造が単一のタイプの原子で構成される要素です。これらの種類の真性半導体には、シリコとゲルマニウムがあります。
真性半導体の分子構造は四面体です。つまり、下の図に示すように、周囲の4つの原子間に共有結合があります。
真性半導体の各原子には4つの価電子があります。つまり、各原子の最外殻を周回する4つの電子です。次に、これらの各電子は隣接する電子と結合を形成します。
このようにして、各原子の最表面層には8個の電子があり、それによって電子と結晶格子を構成する原子との間に固体結合が形成されます。
この構成により、電子は構造内を容易に移動しません。したがって、標準的な条件下では、真性半導体は絶縁体のように動作します。
ただし、一部の価電子は熱エネルギーを吸収して結合から分離するため、温度が上昇するたびに真性半導体の導電率が上昇します。
これらの電子は自由電子になり、電位差によって適切に方向付けられると、結晶格子内の電流の流れに寄与する可能性があります。
この場合、自由電子は伝導帯に飛び込み、電位源（たとえばバッテリー）の正極に向かいます。
価電子の移動は分子構造に真空を誘導し、これはシステム内の正電荷によって生成されるものと同様の効果に変換されます。そのため、それらは正電荷のキャリアと見なされます。
次に、一部の電子が伝導帯から価電子殻に落ち、その過程でエネルギーを放出することがあるので、逆効果が発生します。これを再結合と呼びます。
外因性半導体
それらは、固有の導体内に不純物を含めることによって適合します。つまり、3価または5価の元素を組み込むことによって。
このプロセスはドーピングと呼ばれ、その目的は材料の導電率を高め、その物理的および電気的特性を改善することです。
固有の半導体原子を別のコンポーネントの原子に置き換えることにより、2種類の外部半導体が得られます。
P型半導体
この場合、不純物は三価の半導体元素である。つまり、価電子殻に3つの電子が存在します。
構造内の侵入要素はドーピング要素と呼ばれます。P型半導体のこれらの元素の例は、ホウ素（B）、ガリウム（Ga）、またはインジウム（In）です。
真性半導体の4つの共有結合を形成する価電子がないため、P型半導体は欠けている結合にギャップがあります。
これにより、結晶格子に属さない電子は、正電荷を運ぶこの穴を通過します。
ボンドギャップの正電荷のため、これらのタイプの導体は文字「P」で示され、その結果、それらは電子受容体として認識されます。
ボンドの穴を通る電子の流れは、自由電子に由来する電流と反対方向に循環する電流を生成します。
N型半導体
構成の侵入要素は、5価の要素によって与えられます。つまり、価電子帯に5つの電子をもつ電子です。
この場合、真性半導体に含まれる不純物は、リン（P）、アンチモン（Sb）、ヒ素（As）などの元素です。
ドーパントには、結合する共有結合がなく、自動的に自由に結晶格子を自由に移動できる追加の価電子があります。
ここでは、ドーパントによって提供された余剰の自由電子のおかげで、電流が材料を循環します。したがって、N型半導体は電子ドナーと見なされます。
特徴
半導体は、その二重の機能、エネルギー効率、アプリケーションの多様性、および低コストが特徴です。半導体の特徴は以下のとおりです。
-その応答（導電性または絶縁性）は、環境内の照明、電界、および磁界に対する要素の感度によって異なります。
-半導体が低温にさらされている場合、電子は価電子帯で統一されたままなので、電流の循環のために自由電子は発生しません。
一方、半導体が高温にさらされると、熱振動が元素の原子の共有結合の強さに影響を与え、自由電子を電気伝導に残します。
-半導体の導電率は、真性半導体内の不純物またはドーピング元素の割合によって異なります。
たとえば、100万個のシリコン原子に10個のホウ素原子が含まれている場合、その比により、純粋なシリコンの導電率と比較して、化合物の導電率が1000倍になります。
-半導体の導電率は、使用する化学元素の種類に応じて、1〜10 -6 S.cm -1の間で変化します。
-複合半導体または外因性半導体は、真性半導体の特性よりもはるかに優れた光学的および電気的特性を持つことができます。その一例として、ガリウムヒ素（GaAs）があり、主に無線周波数やその他のオプトエレクトロニクス用途で使用されます。
用途
半導体は、集積回路など、私たちの生活の一部である電子部品の組み立ての原料として広く使用されています。
集積回路の主要な要素の1つはトランジスタです。これらのデバイスは、特定の入力信号に従って出力信号（振動、増幅、または整流）を提供する機能を果たします。
さらに、半導体は電子回路で使用されるダイオードの主要な材料でもあり、電流を一方向にのみ流すことができます。
ダイオード設計では、P型とN型の外因性半導体接合が形成され、電子ドナーとキャリアのエレメントを交互に使用することで、両方のゾーン間で平衡メカニズムが作動します。
したがって、両方のゾーンの電子と正孔は交差し、必要に応じて互いに補完し合う。これは2つの方法で発生します。
-NタイプゾーンからPゾーンへの電子の移動が発生し、Nタイプゾーンは主に正の電荷ゾーンを取得します。
-P型ゾーンからN型ゾーンへの電子を含むホールの通路があり、P型ゾーンは主に負の電荷を獲得します。
最後に、電流の循環を一方向のみに誘導する電界が形成されます。つまり、ゾーンNからゾーンPまでです。
さらに、真性半導体と外因性半導体を組み合わせて使用すると、数百倍の体積の真空管と同様の機能を果たすデバイスを製造できます。
このタイプのアプリケーションは、かなりの量の電気エネルギーをカバーするマイクロプロセッサーチップなどの集積回路に適用されます。
半導体は、テレビ、ビデオプレーヤー、音響機器などのブラウンライン機器など、日常生活で使用する電子機器に存在します。コンピュータと携帯電話。
例
電子産業で最も広く使用されている半導体はシリコン（Si）です。この材料は、私たちの日常生活の一部である集積回路を構成するデバイスに含まれています。
シリコンゲルマニウム合金（SiGe）は、エレキギターなどの電気機器のレーダーやアンプの高速集積回路で使用されています。
半導体のもう1つの例は、ガリウムヒ素（GaAs）です。これは、信号増幅器、特に高ゲインと低ノイズレベルの信号で広く使用されています。
参考文献
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