半導体入門ガイド

半導体はエレクトロニクス産業で使用される主要な部品です。半導体は特定の条件下では電気を通しますが、別の条件下では電気を通しません。半導体はある条件では絶縁体であり、温度がある閾値以上になると導体になります。つまり、半導体は電流の流れを制御することができ、さまざまな種類の電子機器において、他に類を見ない有用な部品です。

半導体ダイオードは基本的な半導体部品です。ダイオードは、半導体を利用した最初の電子デバイスです。

簡単に言えば、ダイオードは2つの電気端子に接続されたP-N接合を持つ半導体です。P-N接合は、ダイオードやトランジスタを含むほとんどの半導体デバイスで使用される基本的な構成要素です。P-N接合とは、不純物を注入することによって形成される、P型とN型という2種類の半導体材料の境界または界面のことです。

半導体ダイオードの特徴は、その非対称的な特性にあります。半導体ダイオードは、一方向の電流に対する抵抗が高く、他方向の電流に対する抵抗が低いです。半導体ダイオードの非線形電流電圧特性は、異なる材料を使用し、これらの材料に不純物を添加する（ドーピングと呼ばれるプロセス）ことでさらに調整でき、異なる機能を発揮できるようになります。

半導体ダイオードの主な機能は、電流を一方向（順方向）にのみ流し、逆方向の電流を遮断することです。この特性を活かし、電気回路で広く使用されています。例えば、ダイオードブリッジ回路で交流を直流に変換する整流に用いられます。また、半導体ダイオードには別の用途もあります。順方向に一定以上の電圧（閾値電圧）が加わった時のみ電流を流す性質を利用できます（順バイアス）。順バイアス状態のダイオードでは、電圧降下が電流にほとんど依存せず、主に温度の影響を受けます。この特性を利用して、半導体ダイオードを温度センサーとしても活用できます。

厳密に言えば、半導体は部品ではなく、導体と絶縁体の中間の導電性を持つ材料です。その化学的構成により、多くの形態が自然に存在します。

現在、業界で主に使用されている材料はシリコン（Si）ですが、ゲルマニウム（Ge）やヒ素化物（GaAs）など、他の材料も使用することができます。シリコンを含む半導体は、その原子構造に関連したユニークな電気特性を持っています。

半導体が結晶性化合物の小さな結晶で構成されている場合、それは微結晶またはアモルファス半導体材料と呼ばれます。上記の材料はすべて非晶質半導体の例です。

ディスクリート半導体は、半導体材料を保護するパッケージに入れられて供給されます。これらのパッケージは通常、プラスチック、セラミック、ガラス、金属などの材料で作られています。パッケージはデバイスを保護し、外部回路に接続するためのコンタクトピン、リード、パッドを提供します。また、パッケージはデバイスから発生する熱を放散する役割も重要です。

半導体パッケージにはさまざまなタイプがあり、サイズや電力損失、リードやパッドの数などの要因によって最適なパッケージが選ばれます。