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みんなの「特許」ブログ

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電界吸収型光変調素子
電界吸収型光変調素子  前回、近年半導体を用いた実用的な光変調素子が登場したと言いましたが、これが今回取り上げる電界吸収型光変調素子です。 ...続きを見る

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2016/10/31 21:27
その他の負性抵抗素子(その3:ユニジャンクショントランジスタ)
その他の負性抵抗素子(その3:ユニジャンクショントランジスタ)  もう一つ、負性抵抗素子を取り上げておきます。ユニジャンクショントランジスタがそれですが、ちょっと意表を衝いたような一風変わった素子です。 ...続きを見る

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2016/08/01 21:26
その他の負性抵抗素子(その2:ガンダイオード)
その他の負性抵抗素子(その2:ガンダイオード)  もう一つの動的負性抵抗素子としてガンダイオードが知られています。この素子はこれまで紹介してきた素子と違って、接合をもたない素子です。そのため、バルク効果素子という分類をされることもあります。バルク効果というのは言い換えれば半導体物性そのものということです。まずその基礎について考えます。 ...続きを見る

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2016/07/26 21:18
その他の負性抵抗素子(その1、インパットダイオード)
その他の負性抵抗素子(その1、インパットダイオード)  これまで代表的な負性抵抗素子としてトンネルダイオードとpnpn構造素子を紹介してきましたが、これ以外にも負性抵抗を生じる素子があります。上記2つに比べると少し特殊なものになりますが、以下3つほど紹介します。 ...続きを見る

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2016/07/11 21:38
トライアック
トライアック  サイリスタの機能を利用すれば、以前にも説明したように、交流電圧をアノード−カソード間にかけてゲート電圧を調整すれば、正弦波波形の一部を切り取った波形の電流を得ることができます。これによって変圧器などを使わずに交流のまま消費電力を調整できることになります。 ...続きを見る

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2016/07/03 21:44
ゲートターンオフサイリスタ
ゲートターンオフサイリスタ  pnpn構造素子にはいろいろな変形があります。全体を網羅するのは難しく、またあまり意味もないと思いますので、主な素子を二三紹介することにします。 ...続きを見る

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2016/06/29 21:19
pnpn構造素子の解析(その1)
pnpn構造素子の解析(その1)  pnpn構造素子を理論的な面から少し見ておきたいと思います。pnpn構造はpnpトランジスタとnpnトランジスタを図Aのように接続した素子と見なすことができます。ショックレーはむしろこのようなトランジスタの接続からpnpn構造を発想したように思われます(特公昭29−005752参照)。 ...続きを見る

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2016/04/12 21:23
サイリスタ
サイリスタ  前回、pnpnダイオードの動作について紹介しましたが、pnpn接合は4層構造ですから電極は両端だけでなく、中間のp層やn層に設けることもできます。今回はこの中間のp層またはn層のいずれかに電極を設けた3端子素子を取り上げます。 ...続きを見る

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2016/04/05 22:00
トンネルダイオード
トンネルダイオード  今回はトンネルダイオードを取り上げます。このトンネルダイオードは前回紹介したトンネル効果を応用したデバイスですが、一つのpn接合からなる単純なダイオード素子です。エサキダイオードとも呼ばれ、言うまでもなく江崎玲於奈博士によって初めて開発され、後年ノーベル物理学賞(1973年)の対象となったことはよく知られる通りです。 ...続きを見る

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2015/07/19 17:20
発光ダイオード関連の特許分類 −まとめに代えて−
 前回までで長きに渡った発光ダイオードに関する話は終わりにします。重要な事項は網羅したつもりですが、不十分な点も多々残っているかと思います。そのような点については機会を捉えて追加していきたいと思います。いつものように最後に特許分類の概要をまとめておきます。 ...続きを見る

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2015/03/23 21:27
劣化の防止
劣化の防止  有機材料の宿命ともいえるのは特性が劣化しやすいことです。水分や酸素など大気中にあるものの作用が原因となる場合や熱による場合もあります。つまり耐候性に問題があります。有機ELの実用化に際してもこの問題は避けて通れない課題で、無機LEDに比べてより厳重な対策が必要です。 ...続きを見る

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2015/03/15 19:51
フルカラー有機EL表示装置
フルカラー有機EL表示装置  有機ELの主要な用途には照明と並んでフルカラーのディスプレイがあります。フルカラーの平面ディスプレイと言えば、現状では液晶ディスプレイが主流となっていますが、LED方式も台頭してきています。これらについては過去にも触れていますが、ここでもう一度、有機ELを含めて比較整理してみたいと思います。 ...続きを見る

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2015/03/09 21:26
白色発光EL
白色発光EL  少し話が前後しますが、有機ELの発光色について取り上げることにします。有機分子の発光色を予測するには分子軌道法によって一重項、三重項のHOMOとLUMOを計算すればよいわけですが、この計算を行うには対象とする分子を指定しなければなりません。しかし分子の種類は膨大ですから、ある程度は経験的に当たりを付けることが必要と思われます。また実際の色は実験的に人が見分けなければなりません。 ...続きを見る

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2015/03/01 17:16
有機EL素子におけるキャリア輸送(その3)
有機EL素子におけるキャリア輸送(その3)  有機ELの発光を効率的に起こすためには、電極からキャリアが注入されやすくする必要があります。無機半導体の場合は、電極と半導体をほぼ障壁のないオーミック接触にするという手段がとられますが、有機分子に対してオーミック接触を実現することは難しいと思われます。 ...続きを見る

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2015/02/18 21:41
有機EL素子におけるキャリア輸送(その2)
有機EL素子におけるキャリア輸送(その2)  前回、有機分子が電子供与性、電子吸引性になる理由を考えましたが、有機ELにおけるキャリア輸送はこれだけで決まるわけではありません。 ...続きを見る

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2015/02/10 19:45
有機EL素子におけるキャリア輸送(その1)
有機EL素子におけるキャリア輸送(その1)  本記事は2月3日にアップしましたが、不備やわかりにくいところがあったので、書き直しました。 ...続きを見る

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2015/02/03 20:11
ドープ型発光層による発光効率の向上
ドープ型発光層による発光効率の向上  イーストマンコダック社が開発した有機ELは基本的に蛍光を利用したものでした。これは多くの分子の基底状態が一重項であるためです。外部から注入される電子のうち一重項励起状態にあるものが基底状態に落ちて発光します。三重項励起状態になるものもあるのですが、これがエネルギーを失う場合、多くの分子ではリン光を発生せず熱エネルギーになってしまうためです。 ...続きを見る

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2015/01/18 20:47
電子輸送層と正孔輸送層
電子輸送層と正孔輸送層  前回まで有機分子の発光のメカニズムを調べてきましたが、これを基礎に有機エレクトロルミネセンス(有機EL)の動作について取り上げていきます。 ...続きを見る

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2014/12/28 21:43
有機ELと化合物半導体LED
有機ELと化合物半導体LED  前回はイーストマンコダック社によって提案された有機ELについて、その概要を紹介しました。その後、これをベースに多くの機関によって改良研究が行われ、現在の有機ELに至っています。 ...続きを見る

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2014/09/08 21:11
有機エレクトロルミネセンス素子
有機エレクトロルミネセンス素子  今回から有機材料を用いたエレクトロルミネセンス(EL)素子について考えていくことにします。 ...続きを見る

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2014/08/17 21:19
カラーELディスプレイ
カラーELディスプレイ  電界発光素子の発光色についてはこれまで触れませんでしたが、今回これを取り上げます。もちろんRGBの三原色が得られれば、フルカラーディスプレイが実現できることになるので、大変重要な課題です。 ...続きを見る

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2014/08/04 20:53
電界発光素子
電界発光素子  前回紹介したように、最初に電界発光が確認されたのは液体中に蛍光体粒子を分散した発光層でした。しかし液体を使うのは何といっても不便ですから、すべてを固体化しようという考えは自然の流れです。間もなく固体層中に蛍光体粒子を分散した素子が開発されました。これを分散型電界発光素子と呼びます。 ...続きを見る

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2014/07/28 21:15
エレクトロルミネッセンス素子
エレクトロルミネッセンス素子  今回から発光素子の一つであるエレクトロルミネッセンス(EL)素子について調べていくことにします。主な関心は最近実用レベルに達した有機EL素子にありますが、同じ発光素子の発光ダイオードとはどう違うのかを考えるために、少し歴史を振り返りながら話を進めたいと思います。 ...続きを見る

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2014/07/23 21:13
発光ダイオードを作る方法(基板の問題)
発光ダイオードを作る方法(基板の問題)  前回、発光ダイオードを作る手順について紹介しました。その第一段階は、 「発光層などの半導体の積層構造を基板上に作る」 ことでした。ここでいう「発光層などの半導体の積層構造」は高い効率で発光を起こさせるために欠陥の少ない結晶層であることが求められます。 ...続きを見る

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2014/07/13 16:38
発光ダイオードを作る方法(標準的な手順)
発光ダイオードを作る方法(標準的な手順)  発光ダイオードの製造方法については折に触れて紹介してきましたが、全体を通しての工程(プロセス)については説明する機会がなかったようです。今回はその辺りに触れておきます。 ...続きを見る

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2014/07/06 20:04
変圧回路(その3)
変圧回路(その3)  少し立ち入り過ぎのきらいがありますが、もう少しDC−DCコンバータについて話を続けます。 ...続きを見る

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2014/06/22 12:20
変圧回路(その2)
変圧回路(その2)  今回は代表的なDC−DCコンバータの回路例とその動作原理を紹介します。 ...続きを見る

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2014/06/08 17:23
輝度調整回路
輝度調整回路  パルス駆動の2つ目の応用例として輝度調整回路を取り上げます。発光ダイオードの駆動回路では、電流制限抵抗を変化すれば、発光ダイオードに流れる電流を変化させることができ、発光ダイオードの発光強度(輝度)が変えられます。そう考えると、パルス駆動との関係がどこにあるのか疑問になるかもしれません。 ...続きを見る

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2014/05/11 20:36
マトリックス駆動
マトリックス駆動  前回、発光ダイオードをパルス駆動する場合に使う基本回路を紹介しました。今回と次回はこのパルス駆動の応用例を紹介します。今回は発光ダイオードを用いたディスプレイです。 ...続きを見る

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2014/05/05 13:13
発光ダイオードの駆動回路(その3:定電流回路のつづき)
発光ダイオードの駆動回路(その3:定電流回路のつづき)  前回の最後に抵抗を定電圧ダイオードに置き換えた定電流回路を紹介しました。今回はさらにその変形版を紹介しましょう。 ...続きを見る

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2014/04/13 20:47
発光ダイオードの駆動回路(その2:定電流回路)
発光ダイオードの駆動回路(その2:定電流回路)  前回紹介した基本的な駆動回路では抵抗器を発光ダイオードと直列に接続しています。このとき電源電圧Vと発光ダイオードを流れる電流Iの関係は、前回も掲げた通り    (1) となります。ここでRは抵抗器の抵抗値、Vfは発光ダイオードの順方向電圧です。 ...続きを見る

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2014/03/20 22:01
静電気破壊対策(パッケージ)
静電気破壊対策(パッケージ)  発光ダイオードの故障原因の大きな割合を占めるのが、静電気放電であるとされています。以前に素子構造の工夫による静電気破壊対策に触れました。しかし素子構造に手を加えなければならないという難点があり、またその効果にも限界がありそうです。 ...続きを見る

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2014/02/23 22:09
放熱と冷却
放熱と冷却  発光ダイオードの接合温度を上昇させないために、まずはパッケージから外部へ熱がよく逃げるようにする必要があります。そのためには前回紹介したようにチップから外界に至る熱伝導経路の熱抵抗をできるだけ小さくすることが必要です。 ...続きを見る

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2014/02/16 17:39
熱抵抗
熱抵抗  発光ダイオードパッケージには発光ダイオードが発生する熱を吸収し、外界へ逃がすという重要な役割があります。発光ダイオードは白熱電球などに比べたらその発熱は少ないのですが、最近は照明などの用途でますます強い光を出すことが求められていて、そうなると発熱は無視できなくなります。 ...続きを見る

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2014/02/10 21:22
光学要素(その2、光路変換素子)
光学要素(その2、光路変換素子)   前回のコリメータの中にも反射面を使って光路を折り曲げている例がありましたが、今回取り上げるのは、このような光路を折り曲げる光学素子です。これを光路変換素子と呼ぶのが一般的かどうかはわかりません。偏向素子という言い方もあるかと思います。 ...続きを見る

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2014/02/02 16:30
光学要素(その1.コリメータ)
光学要素(その1.コリメータ)  発光ダイオードは人の眼からみれば非常に小さく、ほぼ点光源とみなせ、1点からあらゆる方向に広がる光を出します。実際の光源としては一つの方向に光を取り出したいことが多いので、例えば反射体など何らかの光学要素を組み合わせて出射光を得る場合が多くなります。 ...続きを見る

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2014/01/26 20:36
チップの封止技術(方法)
チップの封止技術(方法)  発光ダイオードのチップを封止するには主として透明な樹脂が使われますが、どのような方法でチップを覆うのか、その方法についてまとめてみます。主な方法はつぎの3種類です。 ...続きを見る

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2014/01/19 17:20
チップの封止技術(材料)
チップの封止技術(材料)   発光ダイオードをパッケージに収める手順はいろいろありますが、もっとも普通にはまず半導体チップを固定するダイボンドを行い、つぎにチップに給電するための電気配線をワイヤボンドなどによって行います。そのつぎに何をするかというとチップの封止です。 ...続きを見る

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2014/01/13 11:00
フリップチップボンド
フリップチップボンド  フリップチップボンドは半導体チップへ電気接続をする方法の一つです。この方法は半導体チップを固定するダイボンドの役割も兼ねているところがワイヤボンドとは異なります。 ...続きを見る

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2013/12/22 21:11
ワイヤボンド
ワイヤボンド  半導体デバイスは電流を供給するために外部と電気接続をする必要があります。そのための有力な方法がワイヤボンドです。原理的には単に電線(ワイヤ)を使ってつなぐ方法です。 ...続きを見る

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2013/12/15 17:51
リードフレーム
リードフレーム  ダイボンドの話の角度を少し変えて、半導体チップを接着する相手方の部材の一つであるリードフレームを取り上げてみます。 ...続きを見る

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2013/12/01 19:50
ダイボンド工程
ダイボンド工程  半導体デバイスが作り込まれた半導体の小片のことをチップまたはダイと言います。半導体デバイスのパッケージを形成するためにはまずこのチップまたはダイを台の上にしっかり固定しなければなりません。この工程のことをダイボンドまたはダイボンディングと言います(チップボンドという語は使いません)。 ...続きを見る

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2013/11/17 19:28
ダイボンド用接着部材−はんだ
ダイボンド用接着部材−はんだ   半導体チップをパッケージ内に接着固定することをダイボンド(ダイボンディング)と言います。発光ダイオードに限らず、半導体デバイスをパッケージに収めるためには必須の工程です。 ...続きを見る

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2013/11/04 16:08
半導体チップの固定と電気接続
半導体チップの固定と電気接続  パッケージになくてはならない機能には、半導体チップを固定する機能と電気接続をする機能があります。この2つの機能は別々に独立している場合と両方を兼ねている場合があります。 ...続きを見る

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2013/10/27 17:14
発光ダイオードのパッケージ
発光ダイオードのパッケージ   発光ダイオードに限らず半導体デバイスは小さな半導体チップ(ダイとかペレットとか言うこともある)からなり、それに電気的な接続をして動作させます。空気中でも動作させることはできますが、何かが触れると電気的接続が切れてしまったり、水や埃が落ちれば壊れてしまうこともあります。長く安定して動作させるためには容器(パッケージ)のなかに入れて、外部からの接触を避け、水や埃を避ける方が望ましいのです。 ...続きを見る

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2013/10/20 21:22
ダークライン欠陥
ダークライン欠陥   半導体層そのものの劣化が発光ダイオードの信頼性を損ねる原因となる例をもうひとつだけあげておきます。それは結晶欠陥による発光素子の劣化です。 ...続きを見る

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2013/10/13 21:38
不純物原子の移動
不純物原子の移動  発光ダイオードの信頼性を損ねる原因として電極の金属元素が移動する現象を取り上げましたが、これ以外にも半導体中を原子が移動することに原因する特性劣化現象があります。 ...続きを見る

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2013/09/29 19:15
金属のマイグレーションの防止
金属のマイグレーションの防止  今回の話題に入る前に、前回記事に一部追記をしましたことをお知らせしておきます。図Cとその説明の部分です。 ...続きを見る

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2013/09/15 19:32
静電破壊防止用中間層
静電破壊防止用中間層  前回で静電破壊については終わりにするつもりでしたが、書き落としたトピックスがあったので、今回もう少し続けます。 ...続きを見る

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2013/09/08 20:30
静電気破壊対策
静電気破壊対策   発光ダイオードの寿命を確保するために静電気による破壊に対する耐性は非常に重要です。照明器具や信号灯などの製品では外部回路に保護素子を入れるなどの対策がとられるのが一般的ですが、パッケージなどLED素子の外側でとられる対策には後に触れることにし、ここではLED素子そのものへの対策を取り上げます。 ...続きを見る

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2013/08/25 21:47
多色LEDによる混色
 白色やその他望みの色の光を得るための手段として蛍光体によるLED光の波長変換を利用する方法を紹介してきましたが、むしろ普通に考えると赤緑青(RGB)の三原色など複数の発光色のLEDを用意してその光を混ぜる方法の方を先に思い付くのではないかと思います。 ...続きを見る

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2013/05/27 21:42
蛍光体の材料
 前回説明したようにランタニド原子の発光に関係している電子はもっとも外側の軌道にはないので、発光する原子を囲んでいる周囲の材料は何のはたらきもしないように思われます。しかし実際には周囲材料は発光波長に影響を及ぼしています。 ...続きを見る

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2013/05/19 21:17
蛍光体を利用した白色発光ダイオードの色度調整(さらに続き)
 発光ダイオードと蛍光体を組み合わせた白色発光ダイオードの色度調整にはさらに他の方法があります。細かく紹介しているときりがないので、もう1種類だけ取り上げます。 ...続きを見る

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2013/04/14 18:09
蛍光体を利用した白色発光ダイオードの色度調整(続き)
 発光ダイオードと蛍光体を組み合わせた白色発光ダイオードの話を続けます。白色発光ダイオードは照明用光源として急速に使われるようになってきましたが、生活空間を照らす一般の照明光としては、人間にとって心地よいかどうかがまずは問われます。空気のようにその存在を意識させないような光がよいのかも知れません。 ...続きを見る

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2013/04/07 19:54
蛍光体を利用した白色発光ダイオードの色度調整
 発光ダイオードの発光色と補色関係にある蛍光を発する蛍光体を組み合わせると白色発光が得られるのは前回説明した通りです。色彩理論によれば、色度図上に2点の色を混色すると、その2点を結ぶ直線上の色度座標の色が実現できます。ただし混色後の光の色度座標を定めるには2つの光の強度比を調整することによって調整する必要があります。 ...続きを見る

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2013/03/31 20:00
蛍光体を利用した白色発光ダイオード
 少し間が空きましたが、長い色彩学あるいは色彩理論についての勉強が一段落したところです。この勉強の目的は発光ダイオード(LED)の応用にとって重要な発光色についてより理解を深めることにありました。そこで今回以降、この色彩理論の助けを借りながらLEDの発光色にまつわる技術について調べていくことにします。 ...続きを見る

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2013/03/24 21:10
色をつくる
 前回まで発光ダイオードの材料の選択について紹介してきましたが、現在では赤外光、可視光全域そして紫外光の発光が実用的な発光ダイオードとして可能になっています。 ...続きを見る

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2012/09/26 00:09
材料選択範囲の拡大手段(その2)
 前回は基板と格子定数が違う材料は発光層として使えないという障害を克服する方法を紹介しました。今回はもう一つの障害となっている間接遷移型の半導体を利用できるようにする方法を紹介します。 ...続きを見る

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2012/09/09 20:26
材料選択範囲の拡大手段(その1)
 前回までの話では発光ダイオードの発光層の材料は直接遷移型でかつ基板と格子整合する必要があるということになります。しかしこの制限はかなり厳しく、この範囲だけで材料を選ぶと、その範囲は非常に限られてしまいます。 ...続きを見る

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2012/09/03 23:12
表面凹凸
 LEDの発光層で発光した光が電極などで遮られるのを防ぐ手立てをいろいろ紹介しましたが、遮るものがない部分から光が素子の外へ出るときにも問題があります。 ...続きを見る

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2012/07/15 21:02
透光性電極
 前回の最後に触れましたが、電極によって光が遮られLEDからの光の取り出し量が減ってしまう問題は、電極そのものを透明にするのがもっとも直接的な解決手段でしょう。しかしこれにもいろいろ問題があり、無条件に採用できるわけではありません。そこで今回は透光性電極について取り上げます。 ...続きを見る

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2012/07/01 19:44
電極と窓層
 前回、電極を反射層として使う例を取り上げましたが、このような反射性の電極は光を通さないということでもあります。これがLEDもとっては問題になります。電極によって素子から出ようとする光の一部が遮られることになってしまうからです。 ...続きを見る

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2012/06/24 19:29
共振型発光ダイオード
 LEDの層構造のなかに反射層を設けて光出力を向上させるという前回のテーマとのつながりで、少し特殊過ぎるかも知れませんが、今回は共振型LEDを取り上げます。 ...続きを見る

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2012/06/17 21:53
反射構造
 ここまでは半導体の発光層をできるだけ少ない電流で強く光らせるにはどういう手段があるかという話をしてきました。ところが実際の発光素子では発光層が光ってもその光のかなりの部分が無駄になっていることがあります。この無駄をなくす工夫もいろいろなされていますので、以下その代表的なものを紹介していきます。 ...続きを見る

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2012/06/10 20:54
多重量子井戸発光層
 発光ダイオードを動作させるためには電流を流さなければなりませんが、その電流は小さいに越したことはありません。電池で動作させている機器では大きな電流が必要な素子は使えません。また大きな電流を流していると素子そのものだけでなく、それ以外の周辺の回路からも熱が発生し装置の温度が上がり故障を引き起こしやすくなります。 ...続きを見る

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2012/06/03 19:17
発光ダイオードの発明
 LEDをいつ、誰が発明したかを明言するのはなかなか難しいようです。これは以下のように「・・・という意味では」という但し書きが必要で無条件に特定するのは難しいという意味です。そういうこともあって手元にある教科書のような類の文献にはほとんど発明の経緯は書かれていません。ネット上を探してみると、英語版のWikipediaに参考になる記述がありました(http://en.wikipedia.org/wiki/LED)。そこでこれを頼りにLEDの発明を跡づけてみます。 ...続きを見る

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2012/05/27 20:44
受光素子の特許分類 −まとめに変えて−
 以上で受光素子は終わりとします。最後に特許分類(IPC、FI、Fターム)について触れておきます。 ...続きを見る

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2010/04/18 19:37
半導体レーザのモニタ
 このところ発光素子と組み合わせた受光素子という話題を取り上げてきましたが、今回はその最後として発光素子のモニタ(監視)用受光素子について紹介することにします。 ...続きを見る

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2010/04/11 17:06
発光受光兼用素子
 これまで説明してきたように光の検知は基本的にはpn接合があれば可能です。一方発光素子も基本的にはpn接合を使っています。それならば発光素子、例えば発光ダイオード(LED)に外から光を当てると光電流が流れるでしょうか。流れます。受光素子として実用に耐えるかはわかりませんが、とにかく電流は流れるはずです。 ...続きを見る

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2010/04/04 16:34
フォトカプラ
 今回はフォトカプラという電子部品を取り上げます。フォトカプラは日本語に訳すと光結合素子とでも言ったらよいでしょうか。やっかいなことにカプラとか光結合器とか呼ばれるものに、これから説明しようとするフォトカプラとは違う別のものがあります。これについては一通り説明が終わってからもう一度触れることにします。 ...続きを見る

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2010/03/28 22:05
位置検出素子
 本題に入る前に前回の補足をします。前回のはじめの部分で、光伝導スイッチがかつては屋外灯のオンオフに使われていたけれども、現在はフォトダイオードかフォトトランジスタが多く使われていると書きました。 ...続きを見る

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2010/03/21 19:27
光伝導スイッチ
 フォトコンダクタ(光伝導体)の項で説明したようにフォトコンダクタは光を当てると電流が流れるのを利用して光の検知に使うことができます。これは見方を変えると光を当てる、当てないで電流をオンオフできるスイッチになるということです。 ...続きを見る

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2010/03/15 00:04
お知らせ
大変遅くなりましたが、 姉妹ホームページ「電光石科」(http://denkou.cdx.jp/)に 「太陽電池」をすべて掲載しましたので、お知らせします。 ...続きを見る

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2010/03/07 20:42
放射線検知素子(その2)
・半導体X線検知素子  シンチレータを使わずに、シリコンなどのフォトダイオードに直接X線を当てたらどうなるでしょうか。これを調べようと普通の半導体の教科書を開いてもまず書いてありません。意外と盲点だったのかも知れません。 ...続きを見る

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2010/03/07 18:47
放射線検知素子(その1)
 受光素子の周りには何故か普段あまり注目されませんが、特別な機能をもった素子や興味深い応用分野が多いように思います。以下、数回にわたってそのような受光素子に関する話題を順不同で取り上げます。 ...続きを見る

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2010/03/03 21:56
光電子増倍管(比較のために)
 受光素子についての最初のエントリーで、半導体素子ではない光検出器である光電子増倍管が現在でも重要な地位を保っているので、いずれ取り上げたいと書きました。半導体受光素子の紹介が一通り終わったので、ここで比較のために光電子増倍管を取り上げてみたいと思います。 ...続きを見る

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2010/02/21 19:15
フォトコンダクタ
 受光素子のなかにはさらにフォトコンダクタ(photoconductor)というものもあります。フォトダイオード、フォトトランジスタとの大きな違いは接合を持たないという点です。 ...続きを見る

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2010/02/14 20:06
フォトトランジスタ
 ここまでフォトダイオードについてみてきましたが、受光素子のなかにはフォトトランジスタというものもあります。フォトダイオードは2本足のダイオードに光を当てて使うものでしたから、フォトトランジスタは3本足のトランジスタに光を当てて使うものと推測できると思います。 ...続きを見る

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2010/02/07 20:03
超格子APD
 前回、アバランシェフォトダイオード(APD)には過剰雑音が発生することを説明しました。これは電子や正孔が原子と衝突し、イオン化が起こるときに発生するAPD特有の雑音です。電子によっても正孔によってもイオン化が同等に起こるような場合にもっとも雑音が大きく、どちらか一方に偏っていれば少なくなるということも説明しました。 ...続きを見る

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2010/01/31 19:36
アバランシェフォトダイオードの構造
 アバランシェフォトダイオード(APD)は前回説明した通り、pn接合に高い逆バイアスをかけたときに生じる電子雪崩を利用するのが特徴です。言い換えればpinフォトダイオード(以下、pinPDと略記します)に高い電圧をかけて電子雪崩をおこさせればAPDとして動作するということになります。ということはpinPDとAPDは素子の構造としては同じでよく、電圧の条件だけを変えればよいと言えます。 ...続きを見る

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2010/01/17 20:05
応答速度
 受光素子に光を当てると光電流が流れ、光の強さを変えるとそれにしたがって電流の大きさも変わります。もちろんこの光の波長は受光素子が感じる範囲でなければなりませんし、光の強さもほどほどでなければいけません。ある程度以上、光が強くなりすぎると、電流はもう増えなくなってしまいます。 ...続きを見る

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2009/12/27 23:30
受光感度(量子効率)
 前回取り上げた暗電流は光が照射されていないにも拘わらず流れてしまう電流ですから、光を検出しようとするときにこれが多いと、本当に光が来ているのかどうかわかりにくくなってしまうということが問題でした。 ...続きを見る

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2009/12/13 21:14
暗電流
 暗電流についてはすでに触れていますが、今回は正面からこれを取り上げてみます。暗電流(dark current)とは光電変換素子において光が照射されていないにも拘わらず流れてしまう電流のことです。 ...続きを見る

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2009/12/06 19:55
pinフォトダイオードの構造
 今回はpinフォトダイオードが具体的にどのような構造をもっているかについて紹介します。 ...続きを見る

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2009/11/29 18:44
pinフォトダイオード
 フォトダイオードとしてもっとも普通に使われているのがpinフォトダイオードです。このpin(大文字でPINと書かれることもあります)はp型−i型−n型という半導体の層構造を表しています。そしてこのiは真性(intrinsic)半導体の頭文字です。実際には不純物ドープをしていない層であり、ノンドープ層とかアンドープ層とか呼ばれます。 ...続きを見る

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2009/11/22 17:05
太陽電池の特許分類 −まとめに変えて−
 太陽電池を終わるにあたって、特許分類についてまとめておきます。 ...続きを見る

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2009/10/11 16:26
太陽光発電システムの構成(その2)
 前回は主として独立型システムについて、2次電池への充電機能をもつ太陽光発電システムを紹介しました。今回は商用電源系統との連携についてもう少し説明します。 ...続きを見る

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2009/09/20 23:01
太陽光発電システムの構成
 今回は太陽光発電システムの具体的構成を特許に書かれている例で見ていきましょう。まず独立型について考えます。図Aは特開平6-266454号に示されたシステムのブロック図です。このシステムは商用電源の系統7にも接続できるようになっていますが、スイッチ8をオフにしてしまうと独立型として動作します。 ...続きを見る

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2009/09/06 19:23
色素増感太陽電池
 今回紹介する太陽電池はこれまで説明してきた各種の太陽電池とかなり違った構造と原理をもっています。以前の分類では「湿式」という言葉を使っていますが、これは液体を使っていることを意味しています。 ...続きを見る

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2009/08/16 23:43
有機半導体薄膜太陽電池
 前回、説明したように有機化合物のなかには電子を放出しやすい性質をもった電子供与体(ドナー)分子と電子を受け取りやすい性質をもった電子受容体(アクセプタ)分子があります。そしてこれらを混合してできる電荷移動錯体は半導体としての性質をもっています。しかしこの電荷移動錯体単体では太陽電池は作りやすくありません。 ...続きを見る

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2009/08/12 21:05
量子ドット太陽電池
 前回までに紹介した太陽電池は何らかの形で実用化がなされているものでした。今回以降はまだ開発中の技術をいくつか取り上げていきたいと思います。今回は前回までの化合物半導体太陽電池の延長とも言える量子ドット太陽電池を紹介します。 ...続きを見る

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2009/07/26 20:39
T−V−Y族化合物半導体薄膜太陽電池
 T−V−Y族化合物半導体とは聞き慣れないかと思います。太陽電池では実用化されていますが、他のデバイスへの応用はほとんどなされていないので、あまり一般に知られているとは言えない材料です。前回紹介したU−Y族のU族元素をT族とV族に分けた物質と考えればよく、以下説明するように薄膜太陽電池としてはかなり優れた特性をもっています。しかし半導体としてそれほど特徴があるわけではないので、広く応用はされていないものと思われます。 ...続きを見る

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2009/07/19 20:22
U−Y族化合物半導体薄膜太陽電池
 前回、V−X族太陽電池の低コスト化の手段として基板を低価格なものに変えることを挙げました。実際にSiやGeを基板にすることが試みられてはいます。しかしこの場合は単結晶Siの太陽電池より高い変換効率が得られないとあまり価値がありません。基板をさらに安いガラスなどにすることができれば特徴を出せるのですが、V−X族では難しいようです。 ...続きを見る

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2009/07/12 20:07
V−X族化合物半導体太陽電池の低コスト化
 V−X族化合物半導体の太陽電池はもっとも高い変換効率を実現できることを前回説明しました。しかし価格が高いという難点があり、人工衛星への搭載などはされているものの住宅用に導入することは難しいと考えられています。しかしもし何らかの手段で価格を下げることができれば、高い変換効率を地上でも活かすことができるので、コスト低減の検討もなされてきました。 ...続きを見る

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2009/07/05 19:03
V−X族化合物半導体太陽電池の高効率化
 シリコンを越える高い変換効率が実現できる太陽電池の材料として化合物半導体が期待されていますが、そのなかではV−X族が既にもっとも実績をもっています。これはV−X族が発光ダイオードや半導体レーザなどの発光デバイスあるいはトランジスタにおいて製造技術を蓄積していることが大きいと思われます。 ...続きを見る

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2009/06/28 19:46
太陽電池モジュール
 太陽電池は英語では”solar cell”ということは以前にも書きましたが、そのとき”photovoltaic cell”という言い方もあるということを書き忘れました。日本語に訳せば光電変換セルということになりますが、略してPVセルと呼ばれることもあります。いずれにしてもセルは電池という意味で使われます。 ...続きを見る

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2009/06/14 21:08
フレキシブル基板太陽電池
 アモルファスや微結晶の薄膜を使った太陽電池は単結晶の太陽電池に比べると、基板をかなり自由に選べるという特徴があります。透明なガラス板がよく使われますが、この場合は平面状で、単結晶の場合と形としては同じようなものになります。しかしアモルファスシリコンのような薄膜は基板表面が曲面であっても成膜が可能ですから、光を受ける面が曲面の太陽電池も作ることができます。 ...続きを見る

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2009/06/07 20:17
集積型薄膜太陽電池
 前々回に説明したタンデム型太陽電池は異なる材料の太陽電池を積層し、異なる波長帯の光を光電変換できるようにしたものでした。これは積層方向に複数の太陽電池を集積した集積型太陽電池ということができます。 ...続きを見る

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2009/05/31 19:29
シリコン系薄膜ヘテロ接合太陽電池
 シリコン系薄膜太陽電池の接合構造についてもう少し話を続けます。表題にヘテロ接合と書きましたが、前回紹介したアモルファスSiとアモルファスSiCを積層したものなども材料が異なり、光学ギャップも異なる半導体の組み合わせですからヘテロ接合と言えます。 ...続きを見る

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2009/05/24 19:32
シリコン系薄膜太陽電池の接合構造
 シリコン系薄膜太陽電池の構造の概要を前回説明しましたが(末尾の部分が誤解を招きやすい書き方になっていましたので一部修正しました)、薄膜太陽電池はその接合構造に特徴がありますので、今回はそれを取り上げます。 ...続きを見る

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2009/05/17 20:20
シリコン系薄膜太陽電池
 アモルファスシリコンや微結晶シリコンの薄膜を用いた太陽電池の構造は結晶系太陽電池とは少し異なります。もっとも違うのは基板です。結晶系太陽電池は単結晶または多結晶のウェハを基板とし、表面に不純物を拡散してpn接合を形成します。 ...続きを見る

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2009/05/10 18:46
シリコン薄膜の作り方(その3)
 これまで、その1ではアモルファスシリコン薄膜、その2では微結晶シリコン薄膜の作り方について説明してきました。シリコン系の薄膜太陽電池で実用的に使われているのはだいたいこの2つの材料だと思われます。 ...続きを見る

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2009/05/04 21:22
シリコン薄膜の作り方(その2)
 前回、プラズマCVDという方法によるアモルファスシリコン薄膜の作り方を紹介しました。このアモルファスシリコン薄膜を使った太陽電池は普通、ガラスやプラスチックの基板の上に作るので、単結晶シリコンや多結晶シリコンの基板を使わないで済みます。このためシリコンの資源節約になります。 ...続きを見る

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2009/04/26 19:07
シリコン薄膜の作り方(その1)
 前回、アモルファスシリコンの話をしましたので、ここもアモルファスシリコンの作り方という題にした方がつながりとしてはよいのですが、太陽電池に使われるのはアモルファスだけでなく、微結晶とか多結晶の薄膜もあります。これらの作り方は共通しているので、ここではこれらすべてを含めてシリコン薄膜の作り方を何回かに分けて紹介します。 ...続きを見る

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2009/04/19 21:02
アモルファスシリコン
 これまでシリコン系の太陽電池として単結晶と多結晶のシリコンを使ったものを調べてきました。この他、シリコン系太陽電池として実用化しているものにアモルファス(または非晶質)シリコン太陽電池があります。 ...続きを見る

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2009/04/12 20:31
多結晶シリコン太陽電池
 多結晶シリコンを使った太陽電池には、ウェハを基板にするもの、シート状あるいはリボン状のシリコンを使うもの、それに絶縁性基板上に多結晶薄膜を成長させるものなど、単結晶のものよりバラエティがあります。 ...続きを見る

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2009/04/05 20:24
多結晶シリコンシートの作り方
 前回、ソーラーグレードシリコン(SoG−Si)原料をインゴット(塊)の形にする方法を調べました。これを太陽電池にするには薄くスライスしてウェハにします。固いシリコンを切るにはさらに固いダイヤモンドの刃を使い、その後表面を研磨して平坦にします。ウェハの厚みは300μmくらいまで薄くなります。実際に太陽電池として必要な接合部分は数10μmもあればよいのですが、そんなに薄く切ることはできません。この切断と研磨のときに切り屑、削り屑がたくさん出てこれが無駄になります。 ...続きを見る

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2009/03/15 21:10
多結晶シリコンインゴットの作り方
 前回まで3回にわたってソーラーグレードシリコン(SoG−Si)の作り方を調べてきました。しかしこれらは6N、7Nの高純度シリコン材料の製法であって、つぎにこれを原材料にして太陽電池を作る工程が必要になってきます。その第一歩が基板(ウェハ)の準備です。 ...続きを見る

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2009/03/08 20:36
SoG−Siの作り方(その3)
 ソーラーグレードシリコン(SoG−Si)の作り方としてシーメンス法と冶金学的方法の2つを紹介しました。シーメンス法が早い時期に開発され、しかもかなり有力な方法でしたので、その後これを越えることを目的に多くの方法が研究されました。とくに重視された点はコストを下げることと、大量に生産できることの2点です。 ...続きを見る

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2009/03/01 19:06
SoG−Siの作り方(その2)
 前回、シーメンス法を紹介しましたが、今回はこれとは違う考え方の方法を説明します。シーメンス法はシリコンの化合物(塩化物など)を気体にして反応させ、シリコンを析出させる方法でした。今回紹介する方法は原料を加熱して融かした状態で不純物を減らしていく方法で、これは鉱石から金属を取り出す冶金に近い方法です。 ...続きを見る

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2009/02/22 20:26
SoG−Siの作り方(その1)
 太陽電池にはトランジスタや集積回路用ほど純度の高くないソーラーグレードシリコン(SoG−Si)で十分であるということがわかりましたが、このSoG−Siを作るにはどのような方法があるかを調べてみます。 ...続きを見る

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2009/02/15 19:51
単結晶シリコン太陽電池
 単結晶シリコンを使った太陽電池は現在でも性能の良い代表的な太陽電池として使われています。太陽電池のもっとも重要な性能は、入射した光のエネルギーのうち、何%を電気のエネルギーに変えられるか、すなわち変換効率です。 ...続きを見る

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2009/01/18 21:15
シリコン単結晶の作り方(その3):引き上げ法(CZ法)
 「その2」では原料の一部を融かすFZ法を説明しましたが、この方法は非常に高純度の単結晶が得られる反面、結晶の大型化あるいは大量生産には向いていません。一方、るつぼ内で融かした原料に種結晶を漬け、引き上げる、いわゆる引き上げ法はるつぼから不純物が混入しやすいという問題があるものの、大型結晶が作りやすいという点で、大量の半導体デバイスを必要とする現代の要求には適した方法でした。 ...続きを見る

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2009/01/12 18:54
シリコン単結晶の作り方(その2):ゾーンメルティングとFZ法
 前回の「その1」で、単結晶の成長の基本的な考え方として、どこか一箇所から結晶化が始まるように工夫する、具体的にはどこか一箇所の温度を下げるようにする方法があると書きました。 ...続きを見る

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2008/12/28 21:51
最初の単結晶シリコン太陽電池
 太陽電池の代表格というとやはり単結晶シリコンを使ったものということになると思います。そして太陽電池の開発の歴史をみても、最初から単結晶シリコンが使われています。 ...続きを見る

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2008/12/07 17:12
太陽電池の効率を低下させる原因(その3)
 前回、前々回は光が太陽電池のセルの中にうまく入ってくれない問題を扱いました。今回は入ってくれはするものの電気に変換されずに通り抜けてしまうという問題を考えてみます。 ...続きを見る

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2008/11/16 19:26
ホームページ更新(バイポーラトランジスタ完結)
 8月中は更新できず、だいぶ間があきましたが、「バイポーラトランジスタ」に15〜19の節を追加し、この章を完結させました。こちらをご覧下さい。 → http://denkou.cdx.jp/ ...続きを見る

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2008/09/07 20:58
バイポーラトランジスタの集積回路
 「電光石科」(http://denkou.cdx.jp/)にバイポーラトランジスタの集積回路についての2節を追加しました。発明を歴史的に説明しており、13はキルビー特許について、14はノイス特許についてです。この後、素子分離技術について説明し、バイポーラトランジスタはお終いにする予定です。 ...続きを見る

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2008/07/27 21:23
バイポーラトランジスタ
 予告した通り、バイポーラトランジスタの記事を「電光石科」(http://denkou.cdx.jp/)に書き始めました。現在のところ1と2の2つの節だけですが、とりあえず公開しました。 ...続きを見る

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2008/05/11 20:10
半導体レーザの特許分類(まとめに変えて)
 半導体レーザの話にやはり1年かかってしまいました。話題はまだまだあるのですが、もっとも重要なところは大体説明したと思いますので、これでお終いにします。最後に特許分類について概略を紹介しておきます。半導体レーザに関する分類はFI、Fタームともかなり充実しています。以下に説明するように半導体レーザの技術全体を見渡すのにも役立つと思います。詳細はIPDLのパテントマップガイダンスで確認してください。 ...続きを見る

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2008/05/04 18:58
半導体レーザの応用(レーザプリンタ、その他)
 今回は、光通信、光ディスク以外で我々の身の回りにある半導体レーザを応用した製品についてまとめて紹介します。 ...続きを見る

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2008/04/27 20:48
半導体レーザの応用(光ディスク)
 半導体レーザはCDやDVDなど光ディスクへの情報の書き込み、読み出しにも使われています。半導体レーザが使われている数としてはこれがもっとも多いので、「 にも使われている」というのはむしろ適切ではないと言えます。 ...続きを見る

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2008/04/20 23:10
半導体レーザの応用(波長多重光通信)
 1本の光ファイバでできるだけ多くの情報を送るにはどうしたらよいでしょうか。1つ1つの信号をできるだけ早く送るようにすれば、一定の時間に送れる情報量は増えます。しかし無限に早くすることはできません。ではどうすればよいでしょうか。 ...続きを見る

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2008/04/13 23:28
長波長系垂直共振器型面発光レーザ
 垂直共振器型の面発光レーザ(VCSEL)は当初の予想に反してAlGaAs/GaAs系で発光波長が0.85μm前後のものが先に実用化されました。予想では最初に低温パルス動作が確認されたGaInAsP/InP系で発光波長が1.3〜1.6μmのものの方が素性がよさそうに思われていました。 ...続きを見る

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2008/03/30 20:17
垂直共振器型面発光レーザの実用化
 垂直共振器型面発光レーザを室温で連続動作させるためには、光の増幅利得を確保する必要があります。そのための手段としては光共振器の2枚の鏡の反射率を高くして光をできるだけ長く共振器内に留めることが考えられます。反射率が高いと外部に取り出せる光の量は減りますが、レーザ発振を持続させることが先決ですから、これは仕方ありません。 ...続きを見る

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2008/03/24 19:19
垂直共振器型面発光レーザ
 レーザ光を基板面から垂直方向に取り出すには、前回説明したように従来通り基板面に平行な方向に発生させたレーザ光を鏡や回折格子で折り曲げる方法があります。しかしそのようなことをせずにはじめから基板面に垂直な方向にレーザ光を発生させられないでしょうか。 ...続きを見る

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2008/03/16 18:15
表面放出型レーザ
 これまで紹介してきた半導体レーザは半導体基板の上に膜を積層して光導波路を作り、そのなかで光増幅を行いレーザ発振を起こさせるものでしたから、レーザ光は基板面に平行に出射されました。このタイプの半導体レーザは普通「端面発光型」と言います。導波路の端から光を取り出すという意味です。 ...続きを見る

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2008/03/09 19:29
単一縦モードレーザ
 ファブリ−ペロー型、つまり2枚の反射鏡で挟まれた光共振器を使ったタイプの半導体レーザは縦モードが多モードになりやすく、とくに電流をオン、オフするとほとんど多モード発振になってしまいます。べつにそれでも構わない使用目的なら気にしなくてよいのですが、光通信などの目的ではわずかでも波長が変化しては困ります。  そこで前回説明した回折格子を反射鏡の代わりに使うという考えが出てきました。まず分かりやすいのは、活性層の両端の反射鏡をそのまま回折格子に置き換える構造です。ただ回折格子の場合、反射鏡があった... ...続きを見る

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2008/03/02 19:04
量子井戸レーザ
 分離閉じ込めヘテロ(SCH)構造はキャリアを薄い活性層に閉じ込め、光はその外側の光導波層に閉じ込めるという役割分担によってしきい電流を低くすることを可能としました。 ...続きを見る

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2008/02/11 11:25
低しきい電流化のための方策
 半導体レーザを動作させるためには電流を流さなければなりませんが、その電流は小さいに越したことはありません。電池で動作させている機器では大きな電流が必要な素子は使えません。また大きな電流を流していると素子そのものだけでなく、それ以外の周辺の回路からも熱が発生し装置の温度が上がり故障を引き起こしやすくなります。 ...続きを見る

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2008/02/03 16:29
InP系埋め込みヘテロ構造
 GaInAsP/InP系を用いた長波長帯(1.3μm帯や1.55μm帯)の半導体レーザではAlGaAs/GaAs系とちがって格子整合というやっかいな問題があることを説明しましたが、この問題が解決されれば、半導体レーザの構造は基本的にはAlGaAs/GaAs系と同様なものが使えます。 ...続きを見る

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2008/01/20 18:29
InP系半導体レーザ
 半導体レーザはこれまでお話してきたようにまずはGaAsとAlGaAsのヘテロ接合を使って実用化されるに至りました。この組み合わせは幸運にもGaAsとAlAsの格子定数がほとんど等しいため、その中間の組成のAlGaAsはAlとGa比率を変えても格子定数がほとんど変化しません。そのためGaAs基板上に任意の組成のAlGaAsの結晶を作ることができました。逆に言うと格子定数が違う材料の組み合わせでは欠陥の少ない結晶を成長させることは難しいわけです。 ...続きを見る

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2008/01/13 21:44
端面破壊と窓構造
 5回ほど前に「半導体レーザ実用化に向けての課題」をまとめましたが、第1番目の課題として正常に動作していた半導体レーザが突然壊れてしまうという問題を挙げました。今回はこの問題に触れます。 ...続きを見る

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2008/01/05 16:34
利得導波型
 前回、屈折率導波型半導体レーザの話をしました。これは屈折率の高い部分を低い部分で囲んで光を閉じ込める構造を作ったものを言います。合わせてこの光を閉じ込めた部分に電流が流れやすくするような工夫が施されているものが多いです。 ...続きを見る

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2007/12/24 20:41
屈折率導波型
 前々回、前回と埋め込みヘテロ構造(BH構造)によって電流を狭い範囲に閉じ込め、かつ光も閉じ込めることができることを説明してきました。この構造では活性層は基板面に垂直な方向は層の厚みによって、基板に平行な方向は加工したストライプの幅によって画定されています。このような上下左右とも閉じ込め構造になっている光導波路を3次元導波路と言うことがあります。    この3次元導波路を活性層としたBH構造半導体レーザは設計通りに作れば特性は非常に良いのですが、問題は作るのに手間がかかり、製法上の問題で特性... ...続きを見る

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2007/12/16 19:30
埋め込みヘテロ構造
 前回、すでに埋め込みヘテロ構造(BH構造)についてお話しましたが、今回は後続の特許を紹介しながらもう少し追加説明をしておきます。初期の特許、1973年の出願の特開昭49-24084号(特公昭52-40958号)に続いて同じ出願人の日立製作所から塚田氏らを発明者とするBH構造に関する特許としては特開昭50-10985号(特公昭52-41107号)、特開昭50-119584号(特公昭52-48066号)などがあります。 ...続きを見る

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2007/12/09 20:40
電流の閉じ込め
 前回、第3番目の問題点としてあげたキンクの発生防止について先に考えます。これは電流を増やしていくと起こる変化と考えられています。活性層を流れる電流の様子は素子の構造に強く影響されます。 ...続きを見る

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2007/11/25 23:05
ダブルヘテロ接合半導体レーザ
 前回、シングルヘテロ(SH)構造半導体レーザの話をしましたが、ここからダブルヘテロ(DH)構造に至る道はそれほど遠くはありません。SH構造もDH構造もはたらきは基本的に同じだからです。ヘテロ接合はバンドギャップエネルギーの違う半導体を接合することですから、伝導帯や価電子帯に段差ができ、これによって電子や正孔の流れを堰き止めるようにはたらきます。 ...続きを見る

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2007/11/11 20:24
ヘテロ接合半導体レーザ
 4回ほど前にベル研究所の林氏らが初めて半導体レーザの室温連続動作を達成した際、出願された特許を紹介しました。その後、ヘテロ接合の発光素子への応用のルーツを調べてきました。その結果を簡単にまとめておきましょう。 ...続きを見る

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2007/11/04 19:20
液相エピタキシャル成長法
 前回、液相エピタキシャル成長(LPE)法の原理と基本的な装置の説明をしました。しかしこの方法で半導体レーザを作製するにはもうひと工夫が必要です。なぜかと言うとダブルヘテロ構造のコア層は普通数μmの厚みの層になりますが、前回の装置ではそのような薄い結晶膜を作るのは難しいからです。また組成の違う層を積み重ねて作ることも必要になりますが、それも難しいからです。 ...続きを見る

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2007/10/28 21:16
AlGaAs/GaAsヘテロ接合と液相エピタキシャル成長法
 ヘテロ接合の発光素子への応用については1960年代前半にすでに提案されていました。ただし具体例としてはゲルマニウムやシリコンと化合物半導体の組み合わせが提示されており、GaAs/Siの組み合わせを除くとその後、実際に活用されたものはほとんどありません。 ...続きを見る

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2007/10/21 20:11
ヘテロ接合発光素子
 前回は特公昭48-27513に基づいて、発光素子へのヘテロ接合の適用について説明しました。このなかで誤りがありましたので、まず訂正しておきます。この特公昭48-27513は最初の出願国アメリカでは特許になっていないと書きましたが、これは調査不足で誤りでした。アメリカ特許3309553号が元の特許として登録になっています。 ...続きを見る

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2007/10/08 14:56
ヘテロ接合の活用
 半導体レーザが室温で長い時間動作し続けられるようになった技術的ポイントはダブルヘテロ接合の採用にありました。1962年に半導体レーザが液体窒素の温度で初めてパルス動作したときは単一のホモ接合でしたから、1970年までの間にヘテロ接合の利用という新しい発想があったはずです。 ...続きを見る

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2007/09/30 19:59
半導体レーザの室温連続発振
 半導体レーザは最初、77Kという低温でしかもパルス電流でしか動作しませんでした。レーザ発振のためにあまりにも大きな電流を流さなければならず、少しでも長い時間電流を流し続けると、接合が過熱して融けてしまったためです。冷却せずに室温で長い時間動作させ続けるためには無駄な電流をできるだけなくして過熱を避けることが必要でした。 ...続きを見る

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2007/09/16 16:28
半導体レーザの初動作(その2)
 前回、初めて動作した半導体レーザに関するIBM社の日本特許を見ました。今回はその続きで、GE社の特許を少し読んでみましょう。1962年にアメリカの4つの研究機関が半導体レーザの動作を確認し、発表しましたが、その中ではGE社がもっとも早かったようです。 ...続きを見る

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2007/09/09 19:17
半導体レーザの初動作
 半導体レーザのアイデア、言い換えればpn接合に電流を注入することによるレーザ動作についてのアイデアは1960年以前にすでにありました。それではこのアイデア通りのレーザ発振はいつ頃確認されたのでしょうか。 ...続きを見る

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2007/09/02 19:45
半導体レーザのアイデア
 前回までで半導体レーザの基本的な成り立ちについてはほぼ説明が終わりましたので、これからは少し半導体レーザの発展を辿りながら、いろいろな面を見ていきたいと思います。例によって特許を参考にしながら進めます。 ...続きを見る

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2007/08/26 19:23
光増幅器
 レーザは誘導放出による光増幅が起こってレーザ光を発するということを説明してきましたが、では光はどれくらい増幅されているのでしょうか。ルビーレーザの場合、誤解してはいけないのは、フラッシュランプで励起しているわけですが、この励起に必要なエネルギーがさらに増幅されているわけではないということです。 ...続きを見る

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2007/06/24 23:03
光共振器
 前回のルビーレーザの話で触れなかったことがあります。ルビー結晶のロッドの両端面(前回の図B参照)は銀の膜でコートされていると、特許には説明がされています。つまりルビー結晶の両端は鏡になっていて、なかで起こった誘導放出による光は結晶両端で反射され、結晶のなかを行ったり来たりすることになります。 ...続きを見る

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2007/06/17 20:25
ルビーレーザ
 今回は具体的なレーザの話です。といってもまだ半導体レーザの話ではなく、最初の実用的なレーザ装置となったルビーレーザについてです。誘導放出や光増幅の典型例という意味でみておく価値はあると思います。 ...続きを見る

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2007/06/10 17:42
HEMT
 MESFETはゲート絶縁膜が不要なので移動度の大きいGaAsなどの化合物半導体のFETが実現できます。しかし実際に高速なFETを作ろうとすると問題も出てきました。いかに移動度が大きくてもチャンネルに電子があまり多くいないようではソース−ドレイン間に十分な電流を流すことができず、トランジスタの性能としてはよくありません。チャンネルとなる半導体中に多くの電子を供給するためには、ドナーとなる不純物をたくさん導入すればよいのですが、これをすると問題が起こります。 ...続きを見る

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2007/04/15 12:37
ゲート絶縁膜のないFET
 これまで話題にしてきたMOSFETあるいはMISFETと違ってゲート絶縁膜のない電界効果トランジスタ(FET)もあります。この部類に属するトランジスタにはいくつか種類がありますが、それらのいくつかをこれから取り上げてみることにします。 ...続きを見る

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2007/04/01 23:48
低温ポリシリコンTFT
 ガラス基板上に粒径の大きいポリシリコン(p−Si)膜を低温で作る方法を紹介しましたが、実際には少しずつ違ういろいろな方法が開発されています。微妙なノウハウなど公表されていない場合も多いと思われます。しかしまだアモルファスシリコン(a−Si)膜のように大きな面積にわたる膜をつくるのは難しいようです。それでもa−Siの弱点をカバーできるので、比較的小さい液晶パネルにはp−SiのTFTが使われるようになっています。 ...続きを見る

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2007/03/25 12:13
低温ポリシリコン膜
 水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)を使ったTFTはアクティブマトリックス液晶ディスプレイに応用され実用化されています。しかし以前にも触れたようにa−Si・TFTにも問題がないわけではありません。もっとも大きな不満は移動度が小さいためにスイッチング速度が遅いということでしょう。液晶も分子が向きを変えて画像を切り換えるので動作は決して速くなく、その切り換えだけならa−Si・TFTでも充分使えます。 ...続きを見る

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2007/03/21 23:41
アクティブマトリックス液晶ディスプレイ
 前回、TFTによって各画素にかかる電圧をスイッチするアクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイについて説明しました。今回はTFTの使われ方についてもう少し具体的に説明しましょう。 ...続きを見る

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2007/03/17 19:44
液晶ディスプレイ
 TFTの用途はというとほとんどディスプレイ用といってよいと思われます。それも液晶ディスプレイ用です。液晶ディスプレイになぜTFTが使われるのでしょうか。液晶ディスプレイは別に画素ごとにトランジスタのようなスイッチ素子を設けなくても画像を表示できます。たくさんの画素を碁盤の目のように並べ(マトリックス状に並べると言います)、各画素のところで交差するように縦横の電極で液晶セルをはさんだだけの構造でも表示はできます。この方式を単純マトリックス方式と呼び、例えばモノクロの数字を表示するだけでよいような... ...続きを見る

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2007/03/11 20:29
TFTの素子構造
 1979年に水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)によってTFTが作れる見通しが見いだされた後、1980年代後半には液晶ディスプレイ用スイッチング素子としてTFTは早くも実用化されることになります。 ...続きを見る

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2007/02/25 20:01
アモルファスシリコン
 薄膜トランジスタ(TFT)は早くから提案され、とくにディスプレイの画素切り換え用スイッチ素子として期待されていましたが、なかなか実用化されませんでした。その主な原因はつぎのようなものです。ディスプレイ画面はそこに画像や文字などを表示するわけですから、一定の大きさが必要です。この点は半導体メモリーなどとはまったく異なります。メモリーの場合はきちんと動作するスイッチができれば大きさは小さいほどよく、結晶シリコン基板にできるだけ多くのMOSFETを作り込むことで実現されてきました。ディスプレイの場合... ...続きを見る

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2007/02/18 20:28
薄膜トランジスタ
 今回から薄膜トランジスタの話に入ります。薄膜トランジスタというよりTFTという方が通りがいいかもしれません。TFTはThin Film Transistorの略ですが、数年前にはノートパソコンの液晶ディスプレイの謳い文句としてこの語を広告等でよく目にしました。今やデスクトップ型パソコンの液晶ディスプレイや大型の液晶テレビが普及し、これらではTFT方式は当たり前になっています。 ...続きを見る

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2007/02/12 12:47
IPDLトップページリニューアル
 1月29日に特許電子図書館(IPDL)のトップページがリニューアルされ、これまでと印象が違う「顔」になりました。でも変わったのはトップページだけでサイト全体の構成は変わっていないようです。 ...続きを見る

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2007/02/04 19:33
CMOSの固体撮像素子への応用
 最近、ビデオカメラのテレビコマーシャルに「CMOSセンサーだから・・・」というコピーが使われていました。固体撮像素子としてはこれまでCCDが中心的な存在でしたが、最近は携帯電話用のカメラやデジタルカメラなどの撮像素子にCMOSイメージセンサーが多く使われるようになっています。 ...続きを見る

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2007/01/28 19:02
CCDの固体撮像素子への応用
 前回の最後にも触れましたが、CCDを最初に提案したベル研究所の特許(米国特許3858232号)にはすでにCCDがビデオカメラに応用できると書かれています。Fig.14(ここには載せません)がそれで、明細書の16ページ目の右側(14コラム)の一番上から説明がなされています。 ...続きを見る

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2007/01/21 22:46
CCD
 今回はCCDです。前回も触れたようにCCDはCharge Coupled Device (電荷結合素子)の略で、代表的な電荷転送素子です。前回説明したBBDより1年遅れてベル研究所から提案されました。ですからBBDと独立というより、BBDを改良する発明と言った方がよいかと思います。それにしてもベル研究所がトランジスタの発明に始まり、MOSFET、浮遊ゲート、CCDと現在もっとも多く使われているデバイス群を次々と生み出しているのは驚きです。 ...続きを見る

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2007/01/13 19:58
電荷転送素子
 昨年末までずっと半導体メモリーの話をしてきましたが、年明けから少し話題を変え、電荷転送素子について説明します。電荷転送素子とは聞き慣れないかもしれませんが、CCDと言えばご存じでしょう。CCDはCharge Coupled Device (電荷結合素子)の略ですが、電荷転送素子の一つです。CCDはデジタルカメラやビデオカメタの心臓部の撮像素子として使われています。デジタルカメラの広告などで何百万画素という言葉をよく聞きますが、これはこの撮像素子の画素の数を示しています。 ...続きを見る

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2007/01/07 20:35
抵抗変化型メモリー
 半導体磁気メモリーも相変化メモリーも広い意味で抵抗値を記憶に使うメモリーです。ここで言う抵抗変化型メモリー(ReRAMとも呼ばれています)も抵抗値を記憶する点では同じですが、原理は少し違ったものです。 ...続きを見る

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2006/12/30 20:33
相変化メモリー
 もう少しだけ半導体メモリーの話を続けます。つぎは相変化メモリーです。相変化とは何でしょうか。水は0℃を境に固体の氷になり、100℃を境に気体の水蒸気になります。これが典型的な相変化です。固体状態を固相、液体状態を液相、気体状態を気相と言い、それぞれの相が変わるのを相変化あるいは相転移と言います。 ...続きを見る

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2006/12/23 23:51
半導体磁気メモリー
 強誘電体の分極のつぎは磁気を使った半導体メモリーの話です。強磁性体の磁化特性をメモリに応用することはもちろん古くから知られていて、現在でもハードディスクはメモリの中心的な存在です。ただハードディスクはディスクを回転させてディスク上のどこかに情報を記録したり読み出したりするものです。その他の磁気ディスクや磁気テープといわれるものはいずれも記憶するもの(記憶媒体)を動かすものでした。 ...続きを見る

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2006/12/17 23:02
トランジスタを使った強誘電体メモリー
 強誘電体の分極はそれ自体、記憶作用をもっています。しかしこれを広く応用するためにはやはり既存の半導体集積回路のなかに取り込んでいく必要があります。具体的にはシリコンを使ったMOSFETと組み合わせることを考える必要があります。このような提案は1988年に初めて行われました。 ...続きを見る

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2006/12/10 12:15
多値フラッシュEEPROM
 半導体集積回路の場合、それを作るコストのなかで材料費、とくに半導体基板の占める割合はかなり大きいと言えます。ですから同じ性能のデバイスを半分の面積で作れれば、多少、工程が複雑になって生産設備が高価になっても、デバイスの値段は下がります。EEPROMはNAND型の回路を採用することで、各MOSFETへの配線のためのスペースが減り、同じ面積の基板に詰め込めるメモリセル(MOSFET)の数が増大し、その結果値段が大幅に下がりました。 ...続きを見る

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2006/11/26 12:22
フラッシュEEPROM
 EEPROMで記憶情報を電気信号を使ってどのように消去しているかを説明してきました。電気的な消去ができるようになってもEEPROMにはまだ大きな課題がありました。メモリーの重要な性能は記憶できる情報の量(記憶容量)です。もちろん1ビットを記憶するメモリーセルができれば、あとはそれを必要なだけ繋げれば記憶容量は無限に増やせます。でもメモリーセルの数を増やせばそれだけチップつまり石が大きくなります。これはコスト、つまり値段がどんどん高くなることです。 ...続きを見る

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2006/11/18 19:52
EEPROM−記憶した情報の消去法(その2)−
 EEPROMで記憶情報を消去する原理として前回、トンネル効果を使って浮遊ゲートから半導体基板へ電子を引き抜く方法を説明しました。この方法は浮遊ゲート方式の半導体メモリーが発明された当初から考えられていたものです。繰り返しになりますが、難点は非常に薄い絶縁膜を作らなければならないことです。 ...続きを見る

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2006/11/11 21:51
EEPROM−記憶した情報の消去法(その1)−
 EPROMは電気信号で情報を書き込める不揮発性半導体メモリーでしたが、情報の消去は紫外線を当てて行います。しかしこれでは不便で、消去も電気的に行えるようにしたいというのは当然の要求でした。一方でメモリーセル当たりの面積をできるだけ小さくして、小さな石に大量の情報を記憶できるようにしたいという要求もありました。勿論、書き込み、読み出し、消去の各動作を高速にしたいという要求もありました。 ...続きを見る

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2006/11/05 20:48
EPROM
 浮遊ゲートを使った不揮発性半導体メモリーについて、特許を見ながら説明してきました。繰り返しになりますが、メモリーは1個の素子だけでは1か0かの1ビットの情報しか保存できませんから、何の役にも立ちません。多数の素子を並べてはじめて多くの情報を保存できます。これは前に説明したDRAMやSRAMだけでなく、情報を読み出せるだけで後から書き込むことができないROMでも同じです。 ...続きを見る

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2006/10/28 23:27
電子なだれ破壊
 浮遊ゲートを使った不揮発性半導体メモリーを最初に実用化したのはこれもインテル社ですが、まずは同社が1970年に出願した米国特許を見てみることにします。これは米国特許3660819号で、日本には出願されていません。この特許は半導体メモリーの分類には入っていないため、検索ではヒットしませんでしたが、他の特許の孫引きで見つかりました。 ...続きを見る

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2006/10/21 23:33
トンネル効果
 不揮発性半導体メモリーはゲート絶縁膜に導電性の膜が挟まれています。この導電性の膜はどこにも繋がっておらず、電気的に浮いた状態になっているので、浮遊(Floating)ゲートと呼ばれています。この浮遊ゲートに電子を入れたり出したりすることで情報の書き込みや消去ができ、保存もできると、前回説明しました。 ...続きを見る

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2006/10/09 18:23
不揮発性半導体メモリー
 DRAMやSRAMは電源をオフにすると記憶が消えてしまう揮発性のメモリーでした。記憶を保つためには電源を常時オンにしておく必要があります。バックアップ用の電池を使うなどの手段をとればよいのですが、これでは消えたら取り返しのつかない重要な情報の保存にはあまりに不安です。もちろんハードディスクなどの磁気メモリーを使えばよいのですが、ディスクを回転させヘッドが指定された場所へ移動して情報を読み出したり書き込んだりする原理なので、常時情報を出し入れする目的には動作が遅すぎます。 ...続きを見る

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2006/10/01 20:04
石ころDRAM
 石としてのDRAMはどんなものなのか、前回取り上げたインテル社の特許(特開昭51-137339)を参考に見ていきます。この特許はDRAMの素子構造の改善を扱っていますが。改善前がどうだったのかは特許だけではわかりにくいので、新たに図を作って説明しましょう。 ...続きを見る

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2006/09/18 19:39
DRAM
 前回より半導体メモリーの話に入りましたが、今回はその代表格のDRAMの話です。 DRAMとはDinamic Random Access Memoryのことで、前回の分類で言えば、揮発性、書き換え可能、ランダムアクセスのメモリーです。 ...続きを見る

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2006/09/10 19:34
石ころCMOS(3)
 今回は(ハ)以降です。図面をもう一度、載せます。(ハ)以降のMOSFETを作る工程は、最後の金属電極を作るところを除くと、これまで説明してきた、SiO2膜の形成、フォトリソグラフィによるSiO2膜の穴開け、p型またはn型不純物の拡散の繰り返しになります。 ...続きを見る

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2006/08/06 19:04
石ころCMOS(2)
 前回の図で(イ)を作るところまで説明しました。これだけでもずいぶん手間暇がかかっているのがおわかりかと思います。今回は(ロ)です。シリコン基板1はn型ですが、SiO2膜2に窓3が開いた(ロ)の斜線部分4だけp型に変えます。 ...続きを見る

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2006/07/30 13:21
石ころCMOS
 しばらくMOSFETを使った電子回路の話が続きましたが、石ころに話を戻しましょう。CMOSをどうやって1つの石ころとして作るか、という話です。前回紹介した特許(特公昭43−22738号)にも作り方は書かれていますが、これは非常に早い時期の出願ですので、もう少し作り方が確立してきた頃の特許を探してみました。 ...続きを見る

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2006/07/23 16:17
CMOS
 MOSFETは多数個を集積した集積回路でよく使われる回路構成にCMOSと呼ばれるものがあります。CはComplimentalyの頭文字をとったもので、日本語では相補型MOSと言います。まずは回路図(図A)を見て下さい。 ...続きを見る

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2006/07/16 20:00
絶縁膜中の電荷
 MOSFETの実用化が遅れた理由の一つは半導体と絶縁膜の界面にできる界面準位でしたが、実はそれだけではなかったのです。絶縁膜中にも理想的にはないはずの電荷があったのがMOSFETが思い通りに動作してくれないもう一つの原因でした。 ...続きを見る

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2006/05/28 23:38
ソース−ドレイン間電流
 MOSFETではソース−ドレイン間を流れる電流をゲート電圧によってコントロールします。ゲートには酸化膜があるので電圧をかけるとコンデンサの原理でソースとドレインの間の部分の半導体の状態を変えていることは前回、説明しました。それではソース−ドレイン間に流れる電流はどのような特性をもっているでしょうか。 ...続きを見る

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2006/05/06 13:05
MOSFETの基本構造
 MOS型電界効果トランジスタ(Metal-Oxide-Semiconductor type Field Effect Transistor、MOSFET)の基本動作を考えてみます。前回特許図面を掲載しましたが、少しわかりにくいところもあるので、改めて断面図を描いてみました。 ...続きを見る

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2006/04/23 18:26
MOS電界効果トランジスタとは
 まずはじめにMartin M. Atalla氏が発明者の米国特許3056888号(以後、888特許と略称します)を見ながらMOS電界効果トランジスタとはどのようなものかを説明していきます。 ...続きを見る

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2006/04/16 20:13
MOSトランジスタの教科書探し
 前回お話したようにこの「石ころと砂粒の世界」での教科書は特許です。今回はこの教科書探しをします。MOSトランジスタについては膨大な特許が出願されているので、闇雲に探してもどれにしたらよいか決められないと思います。少し歴史的な知識を知っておく必要があります。 ...続きを見る

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2006/04/15 23:45
青色発光ダイオードからトランジスタへ
 4月になりました。心機一転の季節です。「石ころと砂粒の世界」も青色発光ダイオードを卒業して、つぎはどのイシの世界へ入って行くか、前回少しくどくどと書きました。そしてパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、デジタル音楽機器など身の回りに溢れるエレクトロニクス機器を支えているトランジスタの世界へ入るのが王道かなあと考えました。 ...続きを見る

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2006/04/02 18:35

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