テーマ:半導体

輸出規制3品目

 韓国向け輸出規制の対象品目が半導体関連材料だということで、改めてどんな物かを備忘録的にまとめてみました。 経産省のホームページに「大韓民国向け輸出管理の運用の見直しについて」という1ページの通達が載っていて、そこに特定品目として、フッ化ポリイミド、レジスト、フッ化水素の3つが挙げられています。とくにこれ以上の説明はなく、一般の報…
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ウェッブサイト更新のお知らせ

「小さな石たちの物語」に新たなページを追加しましたのでお知らせします。 追加したのは「半導体メモリ」です。この分野は進化が著しいので、少し新しい内容を加えました。 電子デバイス→半導体メモリとアクセスしてください。 また前回公開した「半導体集積回路」に何カ所か誤りを見つけましたので、修正しました。 今後の予定としては…
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ウェブサイト更新のお知らせ

 またまた大分時間がかかってしまいましたが、「小さな石たちの物語」に新たなページを追加しました。 追加したのは「半導体集積回路」です。その一部はこのブロク「石くれと砂粒の世界」に記していない 新しい内容になっています。電子デバイス→半導体集積回路とアクセスしてください。 また「絶縁ゲート電界効果トランジスタ」で集積回路に関…
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ウェブサイト更新のお知らせ

ウェブサイト「小さな石たちの物語」に記事を追加しましたので、お知らせします。 追加したのは[電子デバイス]の「バイポーラトランジスタ」です。 当初予定を変更して、「集積回路」の章を設けることにし、バイポーラトランジスタの集積回路に関する部分はこちらに記載することにします。次はこれを掲載する予定です。
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ウェブサイト更新のお知らせ

 ウェブサイト「小さな石たちの物語」に記事を追加しましたので、お知らせします。 追加したのは「絶縁ゲート電界効果トランジスタ」です。 ペースが遅いですが、続いて「バイポーラトランジスタ」を公開する予定です。
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屈折率変化を利用した光変調

 前回まで半導体の光吸収特性の変化を利用した光変調素子について紹介してきました。これ以外の原理を使った光変調としては、屈折率の変化を使ったものがあります。こちらは半導体よりもむしろ誘電体、とくに強誘電体を使った素子が長く研究され一部実用化したものもあります。  この屈折率変化を利用した光変調には原理の異なる多くの種類が提案されてき…
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フランツ-ケルディッシュ効果

 電界によって光の吸収端が変化する効果として量子閉じ込めシュタルク効果より前から知られていたフランツ-ケルディッシュ効果を取り上げます。  この効果は1958年にドイツの物理学者フランツ(W.Franz)とロシア(当時はソビエト連邦)の物理学者ケルディッシュ(L.V.Keldysh)が互いに独立に見い出しました。量子閉じ込めシュタ…
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量子エネルギーの電界による変化

 前回まで長々と摂動法の説明をした目的は量子閉じ込めシュタルク効果で量子準位がどのように変化するかを近似的に解析するためでした。今回は実際に計算をしてみます。  計算は量子井戸に電界がかかったとき、量子準位のエネルギーがどのように変化するかを求めるのが目的です。印加電界をFとすると、1次元のポテンシャルのエネルギーV(x)は  …
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量子閉じ込めシュタルク効果

 前回紹介した電界吸収型光変調器では電界印加によって光吸収率が変化する層が使われています。この層は量子井戸層ですが、量子井戸は層に垂直方向に電界を印加することによって光吸収特性が変化する性質があります。この現象を引き起こしているのが、「量子閉じ込めシュタルク効果」と呼ばれる効果です。  量子井戸の光吸収は同じ半導体の厚い層やバルク…
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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。  光の強度を変調する素子は入力電気信号にしたがって変動する光信号を出力する素子です。もっとも単純には電気信号によって入力される定常光を遮断できればよいので、原理的には機械的なシャッタをオンオフするのと同じです。しか…
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光変調素子

 つぎは光変調素子を取り上げてみます。この光変調素子は一般の半導体デバイスの教科書にはあまり取り上げられていません。その理由は後で触れることにして、まずは光変調素子の概要をみておきましょう。 1.光変調素子はなぜ必要か  光信号による通信は日常生活のなかにも広く使われています。テレビやエアコンはリモート・コントロール(略してリモ…
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負性抵抗素子(まとめ)

 前回までで基本的な負性抵抗素子の紹介は一通り終わりましたので、全体的なまとめをしておきます。  通常の抵抗素子は印加する電圧を増加させるとそれに比例して流れる電流が増加します。これに対して負性抵抗素子では印加される電圧が増加すると電流が減少する特性をもちます。  ここで注意しなければならないのは負性抵抗素子はその電流I-電…
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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。  この素子を最初に誰が提案したのかはどうもはっきりしません。特許を探ってみると、米国のゼネラル・エレクトリック社が1953年に出願した特公昭30-2734号辺りが最初のようです。発明者はJ.M…
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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。  例えばGaAs結晶のエネルギーバンド構造…
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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。  今回はインパットダイオードです。インパット(IMPATT)は略号で、IMPact avalanche Transit T…
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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。 ところが通常のサイリスタはSCR(制御整流器)と呼ばれるように、一方向にし…
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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。  pnpn構造をもつサイリスタはゲート電圧を制御することにより、オフ状態からオン状態に切り換えることができます。ところが一旦オンになった素子をゲート電圧を変えてオフに戻すことは通常、で…
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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。  よく用いられている基本的な層構造は図Aのような3層構造です(WO2008/015949より)。化合物半導体のLEDで言えば、ダブルヘテロ構造に相当する…
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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。  図Aはこの分散型電界発光素子の積層構造を示す…
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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。  基板の上に単結晶の積層構造を作るにはエピタキシー(日本語に適当な訳語はな…
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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。  発光ダイオードは比較的単純な構造なので、製造プロセスはそれほど複雑ではありません。基本的には  1.発光層などの半導体の積層構造を基板上に作る。  2.こ…
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変圧回路(その1)

 駆動回路に関する最後のトピックスとして変圧回路を取り上げます。ここでいう変圧回路とは電源電圧を発光ダイオードの駆動に適した電圧に変換する回路のことです。  携帯電話をはじめとして電池を電源とする機器が広く使われていますが、電池の電圧は1.5Vとか3Vとかに決まっていて、複数個使ってこれの整数倍の電圧を得ても、負荷となる素子の最適…
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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。  確かにもっとも簡便に輝度を調整するには…
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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。  一言でディスプレイといってもいろいろありますが、ここではテレビやPCの画面などのイメージ、つまり平面ディスプレイに注目します。平面ディスプレイといえば、現在のとこ…
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パルス駆動

 発光ダイオードは長時間点灯したままで使うこともありますが、多くの応用ではむしろ短い時間間隔で断続的に点灯させて使われています。町中で点滅するイルミネーションもこの例ですが、多数の発光ダイオードを使って文字や画像を表示するLEDディスプレイでは個々の発光ダイオードを信号にしたがってオンオフするように駆動します。  直接人の眼に触れ…
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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。  ダイオードの代わりにトランジスタを使います。バイポーラトランジスタのベース-エミッタ間はpn接合ですから、この接合に順方向に電流を流している場合、接合にかかる電圧(順方向電圧VBE)は電流によらずほぼ一定です。シリ…
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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。  ところでこの順方向電圧は素子によってかなり異なります。順方向電圧はpn接合にお…
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発光ダイオードの駆動回路(その1:基本回路)

 電子部品としての発光ダイオードを手にしても、それを光らせるためには外部に電気回路を用意しなければなりません。その回路にはやはり発光ダイオード特有の考え方があります。以後数回にわたってそれを紹介してみましょう。  発光ダイオードを光らせるには順方向に所定の直流電流を流す必要があります。順方向に電流を流すためには、pn接合でできてい…
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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。  そこでより確実かつ簡単な方法として、発光ダイオードチップとは別に保護用の素子を付け加える手段が採…
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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。  よく採られる手段は熱伝導率の高い(熱抵抗の小さい)金属の基板やリードフレームの上にチップをダイボンドすること…
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