半導体 | 定義、理論、材料

半導体の基礎

半導体とは、特定の条件下でのみ電気を伝導する材料のことを指します。これらの材料は、電気を容易に流す導体と電気を流さない絶縁体の中間の電気伝導性を持ちます。半導体では、完全に電子で満たされた最高の帯である価電子帯と部分的にしか電子がいない最低の帯である伝導帯とが、バンドギャップによって分離されています。これは、価電子帯から伝導帯へ電子を移動させるためには、ある量のエネルギーが必要であり、そのエネルギー量はバンドギャップの幅に関連していることを意味します。

半導体の特性

半導体の主な特性には、可変の伝導性、バンドギャップ、ドーピング、温度依存性、光感度、少数キャリアがあります。これらの特性は、半導体が光や熱にさらされた時に電気を伝導するようにしたり、異なる条件下で絶縁体として振る舞うようにすることができます。

半導体のタイプ

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されます。純粋な半導体である固有半導体と、不純物を意図的にドーピングすることで電子特性を変える不純半導体です。不純半導体はさらにp型半導体とn型半導体に分けられます。

半導体の理論

半導体の理論は、結晶格子構造内の電子とホールの振る舞いに基づいています。この理論は電子バンド構造として知られており、固体内で電子が持つことができるエネルギーレベルの範囲と、持つことができないエネルギーの範囲（バンドギャップまたは禁止帯と呼ばれる）を記述します。

主要な半導体材料とその特性

これらの材料は、トランジスタ、ダイオード、太陽電池、集積回路などの電子デバイスに広く使用されています。また、光電子工学、量子コンピューティング、その他の先進技術においても応用されています。