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半導体の導体とは電気をよく通す物質です。
典型といわれるものが金属です。
半導体素子が一般的に使われる前には、電子機器内の能動素子としては真空や気体を利用した真空管が主流でした。
しかしながら、半導体素子には次のようなメリットがあるため、おおよその応用分野で電子管を代替しました。
・ヒーターがいらないので消費電力が少なく電源投入と同時に動かすことができる。
・低い温度で動くために寿命が長くなる。
・固体であるため振動や加速度に強く信頼性が高い。
・同じ動きをさせるのにいるな体積と面積が小さい。
当初の電子管に比べて不利とされていたデメリットについても、それを補う方法が開発されて、広く普及しました。
温度による特性の変化が大きいので、補償回路がいります。
補償回路を含んだ集積回路の製作です。
製造工程の少しの変化が大きな特性変化として現れます。
それをデジタル回路化して、特性のバラツキの影響を小さくするか製造工程の管理を徹底的に厳しく行います。
電気的な過負荷、過電圧、過電流などに弱いので回路設計上の工夫や各種保護回路との併用をします。
半導体以外の素子としては、ガリウム・砒素・ジョセフソン素子などが研究されています。
ガリウムや砒素の素子はスイッチング時間が〜10ps=10−11秒
とされています。
ジョセフソン素子のスイッチング時間〜10ps=10−11秒程度と見積もられて、トランジスタよりも1桁ほど速いです。
計算機の論理素子は、トランジスタで作成されるといっても、実際には1個1個のトランジスタよりも、論理素子としての働きをするように製品になっている集積回路となっています。
集積回路は20世紀中頃に考えられ、、半導体製造技術の進化によって急速に回路規模と性能が高くなりました。
現代のさまざまな電子装置で使用する電子回路は、増幅器 や演算器といった単位ではすでに回路構成が決まっており、わざわざ個別の抵抗やコンデンサ、トランジスタを1つずつ組み立てる事は、あまりにも効率が悪くなっています。
かさばったり、故障の主な原因にもなってきます。
複雑な、または高度に複雑な回路を一度に作る技術の成果が集積回路であって、今現代の主流なコンピュータやデジタル機器を支える主要な科学技術のひとつでもあります。
ウェハーという極めて薄い半導体基板の上に微細な素子や配線などの像を光学写真技術によって写し込んで、その像を保護マスクとして半導体基板を溶かした
り上塗りしたりを何回も繰り返すことによって、1つのダイを作成します。
ダイはウェハー上に同じものが数10〜数100個作成されて、良品テストの前後に1つずつ切り離されます。
| 呼び名 例 相当素子数 |
SSI(Small Scale Integration) ANDゲート 〜100
MSI(Medium Scale Integration) 4ビット加算器、カウンタ 100〜1000
LSI(Large Scale Integration) 16ビット掛け算器 1000〜10万
メモリー(〜16K)
VLSI(Very Large Scale Integration) メモリー(64K〜) 10万〜
マイクロプロセッサ(CPU)
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