半導体とは
半導体は、無機または有機の材料であり、その化学構造、温度、照明、およびドーパントの存在に応じて導電性を制御できます。半導体という名前は、これらの材料の電気伝導性が銅や金などの金属とガラスなどの絶縁体の間にあることから来ています。エネルギーギャップは4eV未満（約1eV）です。固体物理学において、このエネルギーギャップまたはバンドギャップは、価電子帯と伝導帯の間の電子状態が禁止されているエネルギー範囲です。導体とは対照的に、半導体の電子はバンドギャップを越えて伝導帯に達するためにエネルギー（例えば、イオン化放射線から）を得る必要があります。半導体の特性は、価電子帯と伝導帯の間のエネルギーギャップによって決定されます。
ガリウムアーセナイド
ガリウムアーセナイド（GaAs）は、さまざまな電子アプリケーションで使用される半導体材料です。シリコンに比べていくつかの利点があり、それには高い電子移動度、高い動作周波数、および放射線損傷へのより良い抵抗が含まれます。GaAsでは、結晶構造はシリコンと似ていますが、原子間の結合が強く、より耐久性のある材料になっています。GaAsはまた、直接バンドギャップ材料であり、電気エネルギーを光エネルギーに効率的に変換できることを意味します。これは、LEDやレーザーダイオードなどの光電子デバイスでの使用に理想的です。GaAsは、その高い電子移動度のため、マイクロ波トランジスターや高周波集積回路などの高速電子デバイスで一般的に使用されます。また、その高い吸収係数により、光エネルギーを電気エネルギーに効率的に変換できるため、太陽電池やその他の光起電力デバイスにも使用されます。GaAsのもう一つの利点は、その高い放射線硬度であり、これは宇宙やその他の高放射線環境での使用に適しています。しかし、GaAsの主な欠点の一つは、多くの消費者電子製品のアプリケーションでの使用を制限するシリコンに比べて高いコストです。それにもかかわらず、GaAsはその独特の特性が重要な利点を提供する多くの特殊なアプリケーションで重要な半導体材料であり続けています。
半導体の種類
半導体は、その電子特性に基づいて二つの基本的なタイプに分類することができます：
- 固有半導体：これらは単一の元素（例えば、シリコン、ゲルマニウム）でできている純粋な半導体で、意図的に不純物でドーピングされていません。固有半導体は、その価電子帯と伝導帯に特定の数の電子を持っています。それらは加熱されると電気を導くことができ、いくつかの電子はその絆から自由になり伝導帯で自由電子になるのに十分なエネルギーを得ます。
- 外来半導体：これらは意図的にその電子特性を変更するために不純物でドーピングされた不純な半導体です。外来半導体はさらに二つのタイプに分類されます：
- p型半導体：p型半導体では、ホウ素などの不純物原子が半導体材料に導入されます。これらの不純物は半導体材料よりも価電子が少ないため、価電子帯に「穴」（電子の不在）が作られます。これらの穴は正の電荷担体のように電流を導くことができ、その材料にp型の指定を与えます。
- n型半導体：n型半導体では、リンなどの不純物原子が半導体材料に導入されます。これらの不純物は半導体材料よりも価電子が多いため、伝導帯に余分な電子が作られます。これらの余分な電子は負の電荷担体のように電流を導くことができ、その材料にn型の指定を与えます。
