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半導体はどこで使われているのか?デバイスの種類に応じた用途などを解説

半導体が利用されるようになって100年も経っていませんが、今では様々な用途で活用されるようになり社会全体に浸透しているといえます。

電化製品等の頭脳を構成する要素であるともいえ、もはや現代社会に欠かすことはできません。本記事では、そんな半導体が具体的にどこで使われているのか、どのようなデバイスとして機能しているのか、解説していきます。

別ページ:⇨半導体とは?どういったものかを簡単に解説 

家庭内にある半導体

スマホなどの通信機器、冷蔵庫や炊飯器などの家電製品、他にも照明器具や自動車など、電気を使って駆動するモノが生活内に溢れています。自宅を見渡すだけでも簡単に探し出すことができるでしょう。

そして、それらのほぼすべてには半導体が組み込まれています。それほど当たり前の物質になっているのです。半導体があるからこそ複雑な処理が可能なのであり、そうして身の回りにある電化製品が実現されているのです。例えば炊飯器では、ご飯を炊く過程において、美味しいと感じることができるように様々な制御がなされています。

そのため、半導体というものを意識して過ごすことはないものの、毎日私たちは半導体を使って生きているといえるでしょう。

社会全体に影響を及ぼす半導体

個人的に所有するもの以外でも、多様に半導体が活用されています。例えば電車や新幹線を運行させるにも電気を使った制御を要します。医療機器にも組み込まれることでよりレベルの高い医療が受けられるようになっています。銀行とのお金のやり取りに使うATMも、その他様々なインフラも、すべてその中枢には半導体が存在しています。

つまり現代においては自宅にいても、外にいても、常に半導体に囲まれて生活をしていることになります。

具体的な用途と半導体デバイス

以上のように、半導体は非常に幅広い用途で用いられており、一般的な電子機器には基本的に含まれています。しかしデバイスにも色んな種類がありますし、回路に組み込む以外の用途もあります。

もう少し具体的に半導体の用途を見ていきましょう。 

◆集積回路

ダイオードトランジスタのような単一の機能を有する素子をディスクリート半導体といいます。

これに対し複数のトランジスタを組み合わせるようにして構成し、複雑な機能性を持たせたものをIC(集積回路)と呼びます。

ただしIC内部に収容される素子の集積度は製品によって様々です。そこで素子の集積度に着目し「大規模集積回路LSI」、「超大規模集積回路VLSI」などに分類することができます。

前者はマイクロプロセッサーやメモリ、後者は大容量メモリ等の用途を持ちます。なお記憶媒体としては、USBメモリのように書き込みおよび読み出しができる「RAM」。あらかじめ記憶させたプログラムの読み出しのみを行う「ROM」などに分けることができます。

◆照明

前項で説明したものは、電子回路において複雑な処理を行うことを目的としたデバイスです。

しかし半導体の使われ方は他にもあります。発光デバイスとしての用途です。例えば発光ダイオード半導体レーザー受光素子などが挙げられます。

そしてこの場合にシリコンはあまり用いられません。なぜなら光を放出するのに向いている半導体材料とそうでないタイプがあるからです。Si(シリコン)やGe(ゲルマニウム)は間接遷移型と呼ばれるタイプで、スムーズに発光させることができません。

他方、GaAs(ガリウムヒ素)やZnSe(セレン化亜鉛)などの間接遷移型と呼ばれるタイプは高効率で光を出すことができます。

半導体でなくとも光を得ることは可能ですが、これを照明に用いることで機器を小型化できますし、長寿命かつ省エネというより性能の高いものを作ることができるのです。

 高速でオン・オフの制御が可能であること、色にフォーカスしたときの精度も高く、レーザーとしての利用もなされています。

◆大電力の制御

トランジスタは比較的低電圧で信号を制御するデバイスです。そのため色んな電子機器で用いられますが、世の中には高電圧で電力を制御しなければならないものもあります。例えば送電における電力変換や交通機関での電力制御、ハイブリッドカーの動力制御などです。

ここで活用されているのがパワー半導体です。パワー半導体ではSiC(炭化ケイ素)、GaN(窒化ガリウム)などの化合物半導体材料が用いられ、大きな電力に対する耐性、電力ロスの程度などが重要視されます。

   

これからの期待

すでに半導体はあらゆる電化製品に使われています。しかしこれからも進化していくことが予想され、特に小型化・省エネ化・高速化のレベルが向上したデバイスが実用化されるとともに活躍の場も広がるでしょう。

その背景にはIoTの普及やAI技術の発展、ビッグデータやクラウドの活用も関係しています。これらが相互に作用することで、半導体が担う役割もさらに大きくなっていくのです。

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