半導体デバイスと半導体の基本
半導体は、無機または有機材料であり、化学構造、温度、照明、およびドーパントの存在によってその導電性を制御することができます。半導体という名前は、これらの材料が銅や金などの金属とガラスなどの絶縁体の間の電気伝導度を持つことから来ています。それらは4eV未満（約1eV）のエネルギーギャップを持っています。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エレクトロン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超えて伝導帯に到達するためにエネルギー（例えば、電離放射線から）を得なければなりません。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。
半導体デバイス
半導体デバイスは、シリコンなどの半導体材料から作られた電子部品です。これらのデバイスは、電気が容易に流れる導体と電気の流れをブロックする絶縁体の間の電気的特性を持っています。ここにいくつかの一般的な半導体デバイスがあります：
- ダイオード：ダイオードは、電流が一方向にのみ流れることを許容する2端子の電子デバイスです。これは、穴の過剰を持つp型半導体と電子の過剰を持つn型半導体を結合して作られます。
- トランジスタ：トランジスタは、電子信号を増幅または切り替えることができる3端子の電子デバイスです。これは、n型層、p型層、そして別のn型層（NPNトランジスタ用）またはp型層（PNPトランジスタ用）の3層の半導体材料を結合して作られます。
- 集積回路：集積回路（IC）は、ダイオード、トランジスタ、抵抗器などの複数の半導体デバイスをシリコンの単一のピースに組み合わせて作られたミニチュア化された電子回路です。ICは、コンピューターやスマートフォンから自動車や医療機器まで、幅広い電子デバイスで使用されています。
- 太陽電池：太陽電池は、太陽光を電気に変換する半導体デバイスです。これは、シリコンウェハーを不純物でドーピングしてp型およびn型領域を作り、電子と穴を分離して電圧を生成する内蔵電場を作成することによって作られます。
- 発光ダイオード（LED）：LEDは、電流が流れると光を放出する半導体デバイスです。これは、半導体材料を不純物でドーピングしてp-n接合を作り、電流が流れるときに光を放出するように作られます。
これらは、電子アプリケーションで使用される多くの半導体デバイスのうちのいくつかの例です。
半導体の種類
半導体は、その電子的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：これらは純粋な半導体であり、単一の元素（例えば、シリコン、ゲルマニウム）から作られ、不純物で意図的にドーピングされていません。固有半導体は、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、一部の電子はその結合から解放され、伝導帯の自由電子になるのに十分なエネルギーを得ます。
- 外因性半導体：これらは不純物で意図的にドーピングされた不純な半導体です。外因性半導体は、さらに二つのタイプに分類することができます：
- 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」（電子の不足）が作られます。これらの穴は、正の電荷キャリア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、負の電荷キャリア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。
