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2025年01月20日 [アプリ屋さんのIoT]
半導体とスイッチ (1)
カレンダーが2025年になりました。昨年まではIoTや電子工作を、アプリ屋さん（ソフトウェア屋）視点で紹介してきました。
今年は趣向を変えて、電子計算機（デジタルコンピュータ）の基礎知識と、電子工作についての知識を紹介していきたいと思います。
今回は、最も重要な素材「半導体」を紹介していきます。
半導体は、電気を通す素材「導体」と、反対に電気を通さない「絶縁体」の両方の特性を有している素材となります。
もちろん、電気を半分通すわけではありません。
※「通す」「通さない」と断言しておりますが、正確には「通しやすい」「通しにくい」です
現在は、シリコンを利用した半導体をスイッチ代わりにしていますが、
それ以前は、真空管を利用していました。
いまだに機械音痴が行う、斜め４５°唐竹割りチョップ。
昭和生まれは、テレビなどの調子が悪くなると、家電を叩いておりました。
ホコリが落ちたり、接触が微妙に動くことがあり、直ることも多々ありました。
最近のテレビCMでも、機械音痴でも操作できるシステムだと、機械音痴の中年男性が叩いていたのを、昔を思い出しながら視ていました。
半導体になってからは、理論上叩いたところで良くなることは少ないのですが、ホコリ等が原因の場合には有効なこともあるようです。
閑話休題。
半導体に話を戻しましょう。
半導体は、シリコン（ケイ素）をベースに、ごく少量の不純物を混ぜ合わせて特性を持った素材を作成します。
そして、その素材を組合わせることで、ダイオードやトランジスタなどを組み立てていきます。
詳細は省略しますが、不純物の種類によって、p型とn型と名前がつけられています。
シリコンはシリコンウェハーと呼ばれる薄い板を作成し、そこからチップなどの部品を切り出していきます。
ごく少量の不純物を混ぜ合わせると、特性が変化すると紹介しました。
逆説的にとらえると、高純度なシリコンが必要となります。
シリコン特性を得られるために必要な不純物を下回る必要があるからです。
半導体を作成するうえで、その工場は高性能のクリーン室が必要となります。
そして、半導体からゴミを除去するために、フッ化水素が利用されます。
お隣韓国への輸出規制、ホワイト国指定を解除されたのは記憶に新しいです。
フッ化水素は、かなり用途が広いのですが、半導体製造に利用するためには高純度が必要です。
日本では11N(99.999999999%)程度の精度が出せますが、韓国では7N(99.99999%)が限度だったとか。
値段につられ、Apple社が韓国産のフッ化水素を使って、不具合が多発したようです。
当たり前のようにシリコンの話をしてきました。
ここで、シリコンの特性を説明して、今回の記事を終了したいと思います。
シリコンは、化学の周期律表のIV族に属します。
IV族は、手が四本（中学化学）あり、また、陽子・電子が安定している状態でもあります。
この状態の場合、電子は動きにくいため電気が流れにくい性質になります。
自由電子が動くことによって、孔子（ホール）ができて、電気が流れるので・・・
と物理の話だけで、大学の講義１本分は必要なので、
・シリコンって、電気を通さないよ。
・不純物を極少量加えると、半導体になるよ。
ぐらいで、アプリ屋さんの知識は十分ではないかと思っております。
次回は、実際の部品などを紹介していきたいと思います！
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