バンドギャップとは

第I部 物質と分類 ① 半導体という物質 — なぜシリコンが選ばれ続けるのか

…この隙間の大きさを バンドギャップ と呼び、単位は eV (電子1個が1ボルトで得るエネルギー)。 導体は隙間が無く常に電気が流れ、絶縁体は広すぎて流れない。半導体だけが、外から手を加えて流れる量を変えられる。 表の最終行が、シリコンが半世紀にわたって主役であり続ける理由を示している。 シリコンは酸素にさらすだけで、バンドギャップ約9 eV の完璧な絶縁体を自分の表面に作れる。 ヒ化ガリウムは電子の走る速さで5倍勝るが、この自前の絶縁膜を持たない。 トランジスタは「絶縁膜を挟んで電界をかける」構造なので、絶縁膜の質が素子の質を決める。性能で劣る材料が勝ち続けた原因はここにある。 1.2 不純物を混ぜて電気の運び手を作る 純粋なシリコンはほとんど電気を通さない。そこへ意図的に別の元素を混ぜる操作を ドーピング と呼ぶ。 シリコンは4本の腕で隣と結合しているため、腕が5本の元素を混ぜれば電子…

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第II部 作る ③ プロセス開発・製造技術

…3.6 材料 — シリコン一強から、用途で使い分ける時代へ 帯の隙間の広さ (バンドギャップ) と、壊れずに耐えられる電界の強さが、どの材料をどの用途に使うかを決める。 電気自動車の変換器が炭化ケイ素を選ぶのは、同じ耐圧なら厚さが10分の1で済み、通電時の抵抗が100分の1になるためである。損失が減り、航続距離はおよそ1割伸びる。 3.7 「7ナノ」は物理の寸法ではない — 名前と実寸法のずれ 「7ナノ」はもはや物理の寸法ではなく、従来世代と比べた密度に付けた商品名である。実際に作られている最小の寸法は20ナノメートル前後にとどまる。 SMICの7ナノはTSMCの7ナノと同じ密度に届くが、EUVを使えないため歩留まりは30〜50%にとどまる (TSMCは90%超)。 nm nm 3.8 後工程 — 供給の上限を決めているのは露光装置ではない ここまでは円板の上に回路を作る前工程を扱ってき…

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