半導体、ＩＣ

物質を電気の通り易さで分類すると：銅、アルミニュウムなど電気を通しやすい物質を導体。ゴム、磁気、ベークライトなどのように電気を通しにくい物質を不導体又は絶縁物といいます。「半導体」は導体と不導体の中間の抵抗率をもつ物質をいい、ゲルマニュウム、シリコンなどがあります。

● トランジスタ		● ＬＥＤ
● ダイオード		● ＩＣ

トランジスタ

【トランジスタのしくみ】　基本的には、ダイオードのPN接合に、P形あるいはN形の半導体を組み合わせサンドイッチにしたもので、NPN形とPNP形があります。いずれも形の中央の層は、ベース(記号B)と呼ばれ、極めて薄くつくられています。そして、ベースをはさんで一方をエミッタ(記号E)、他方をコレクタ(記号C)といいます。

【NPNトランジスタ】　(図１)のようにBE間に順方向の電圧ＥＢ[Ｖ]を加えると、エミッタ内の電子の一部は、ベースの正孔と結合しますが、ベースが極めて薄いためと、BC面にはより高い＋の電圧が加わっているために、そのほとんどのエミッタ内の電子は、コレクタ内に流れ込みます。そのために、コレクタから、エミッタに大きな電流が流れるのです。

【PNPトランジスタ】　(図２)のようにエミッタ－ベース間に加わる電圧｢EB｣によって、エミッタ内の正孔がNPN形と同じ理由によってコレクタ内に移動が起こります。その正孔がキャリアとなってエミッタからコレクタに向かって電流が流れるのです。

ダイオード

整流用ダイオード　　・定電圧ダイオード　　・定電流ダイオード　　・可変容量ダイオード

Ｎ形に(+)、Ｐ形に(-)の電圧を加えてみると、Ｎ形内のキャリアである電子は(+)に引きつけられ、Ｐ形のキャリアである正孔は(-)に引きつけられます。(図１)

Ｐ形に(+)、Ｎ形に(-)を加えると、Ｐ形半導体の正孔は、マイナス極に引き付けられ、Ｎ形半導体の電子はプラス極に引き付けられます。その為に、それぞれのキャリアである正孔、電子、は接合面の壁を越えて、互いに反対の領域にはいりこみ電流が流れます。(図２)このように一方向に電流を流すという性質を利用したものがダイオードです。

ＬＥＤ

P-N接合半導体ダイオードにおいて、順方向に電圧を加えた時電子はP側へ、正孔はN側に注入されます。電子と正孔の出会いによって結合が生じます。1度自由になっていた電子がまた結合するという意味で、これを再結合といいます。再結合によって、電子はエネルギーを放出し、そのエネルギーがある波長の光に交換され、その光が可視領域であったとき、ダイオードは発光ダイオードとなります。半導体の材料により、その発光色が異なります。現在実用化されている発光色としては赤、橙、黄色、緑の4色で、最近ようやく青色が実用段階に入ってきました。青色が使えるようになり､これで光の３原色が揃いましたので、LEDによるフルカラー表示が可能になりました。主な材料としては、Ga(ｶﾞﾘｳﾑ)、P(ﾘﾝ)、As(ﾋ素)、Al(ｱﾙﾐﾆｳﾑ)などがあります。これらの化合物に、わずかな窒素などの添加物を加え、発光色を調整する事が出来ます。

【主なLED材料と発光色の関係】

GaP：赤、緑		GaAsＰ：黄、橙、赤
GaAlAs：赤		SiC(炭化けい素)、GaN：青

【一般的な特徴】　
①発光スペクトル分布の狭い単光色の発光
②電気エネルギーを直接光エネルギーに変換するため機械的なロスがなく長寿命
③低消費電力
④応答速度が速い

ＩＣ

数多くの電子部品が集積された小型のパッケージ
【標準ロジックＩＣ】
　ディジタル回路を構成するゲート、レジスタ、カウンタなどの機能回路ブロックをそれぞれ単独のＩＣとしてシリーズ化したもの。
【メモリＩＣ】
・ＲＡＭ　(読み出し、書き込み可能)
・ＲＯＭ　(読み出し専用)(電源を切っても消えない)
・ＥＰＲＯＭ
【フラッシュEEPROM（メモリ）】
　EEPROMは電気的に書き込み及び消去が可能なROMの事です。このROMは、１セル２トランジスタという構造上、メモリ・セル・サイズが大きくなり大容量化が困難でした。フラッシュEEPROMはEEPROMをUVEPROM(紫外線消去型)と、同様のメモリ・セル構造である１セル１トランジスタ型に変え、大容量化、低価格化したのがフラッシュEEPROMです。フラッシュEEPROMはそれまでのEEPROMの特徴であったバイトごとに書き換えていく動作をUVEPROMのように消去と書き込みの動作に分け、いったん電気的に全バイトあるいは指定されたブロックを一括消去した後、消去した部分に電気的に書き込みを行うものです。　
【マイクロコンピュータ】
　ＣＰＵ(ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ：中央演算処理装置）
【ＣＰＵ周辺機器】

●I/O　PORT--マイコンへの入/出力
●CTC--カウンタ/タイマー
●DMAC--メモリコントローラ

●CG--システム用クロックジェネレータ
●PIC--割り込みコントローラ
●PPI--プログラム可能なI/O

その他、CRT、キーボード、プリンター、ハードディスク、のコントローラや通信関係のコントローラ等、多種多様のものがある。

●デスクトップ・コンピュータ・システム
●ＰＣＵにマイクロプロセッサを使用しているコンピュータ
●パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）

　などに利用されている

　ＭＰＵ（ＭｉｒｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）：中央演算処理装置
【ハイブリッドＩＣ】

　混合集積回路と訳され、2種類以上のＩＣが集まってある部品を形成している回路。

【ＡＳＩＣ】
　（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）特定用と用のＩＣ。ゲートアレイ、スタンダードセル、などを使って設計したカスタムＩＣ。
【その他のIC】

　CPUとは別にDSPという演算能力を高めたICが出ています。もともと音声認識という特殊な分野の要求から生み出されたこのICも、その群を抜いた高速演算処理能力によって、自動制御、画像処理、演算処理、各種制御、計測、通信など多種のものが開発されています。