半導体素子
半導体素子（はんどうたいそし、英: semiconductor device）とは、半導体で作られた電子回路の構成要素である。半導体デバイスともいう。
種類ごとに電気的特性と機能を持っており、基本素子として整流機能を有するダイオード、増幅機能を有するトランジスタ、スイッチング機能を有するサイリスタ等がある。 またシステム的なものとして、トランジスタの論理回路を集積させて高度な演算機能を実現する集積回路（IC・LSI）、CCD・CMOSを利用した光電変換機能を集積した固体撮像素子などがある。 これらについて半導体素子・半導体デバイスは動作原理を表す概念的モデルから、具体的な製品まで、様々なレベルのものを指す。
コンピュータ、携帯電話等の電子機器でその中心的機能を担っている。さらに機械分野でも制御機能の高度化に伴い自動車や各種産業機器にも組込まれている。
世界の電子機器メーカーの半導体需要は2018年において4,766億ドルであった。
特徴[編集]
半導体素子が普及する以前は電気回路における能動素子として電子管（真空管など）が使われていた。 しかし半導体素子には次のような特徴があり、特定の用途・領域を除き電子管を代替した。
- 固体素子であり、真空管のように真空空間の確保、熱電子放出の機構を必要としない。
- 小型化、集積化が可能である。電力消費が少ない。
- 製造工程において組み立て作業を回避可能で、量産、生産性向上に適している。
- 機械的機構が無いため 振動や加速度の機械的条件に強く、低温動作も含めて長寿命化、信頼性確保の観点で有利である。
当初真空管に比べて不利とされていた弱点についても、それを補う方法が開発された。
- 温度による特性の変化が大きいので、補償回路が必要である。→補償回路を含んだ集積回路の登場。
- 電気的なストレス（過負荷、過電圧、過電流など）に弱い。→回路設計上の工夫や各種保護回路との併用。
材料とその性質[編集]
2018年現在では単元素のシリコン、化合物半導体としてヒ化ガリウム (GaAs)、窒化ガリウム (GaN)、炭化珪素 (SiC)等がよく用いられる。
半導体材料の伝導性は通常多数キャリア(majority carrier)（N型半導体では電子、P型半導体では正孔)の移動により発現する。多数キャリアの存在密度は結晶構造中の自由電子の過不足を生じさせる不純物に依存する。しかし、トランジスタなど多くの半導体素子では、動作するためには少数キャリア(minority carrier)N型半導体では正孔、P型半導体では電子が必要である。
半導体素子の例[編集]
半導体素子には、トランジスタ、ダイオード（整流器）、発光ダイオード (LED) 等がある。こういった単体の半導体素子は「ディスクリート半導体」（個別半導体）と呼ばれる個別部品として生産・使用されているが、多数の半導体素子を一括して作成した集積回路 (IC, LSI) の方が流通量や産業規模としても大きな位置を占めている。集積回路になると、トランジスタやダイオードといった能動素子に加えて、抵抗やコンデンサといった素子も半導体素子として構築される。
パワーエレクトロニクスにおいては、電力機器用の電力用半導体素子があり、高電圧、高電流を扱うことができる。
