半導体工学と半導体素子

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半導体工学と半導体素子の違い

半導体工学 vs. 半導体素子

半導体工学（はんどうたいこうがく、semiconductor engineering）は、半導体素子の設計・製造、寿命などの性能評価、半導体を利用した計測などを取り扱う工学である。下記のように多様な技術が関係する。. ここでは半導体素子（はんどうたいそし）や半導体部品（-ぶひん）（英:semiconductor device） セミコンダクター・デバイスについて解説する。.

半導体

半導体（はんどうたい、semiconductor）とは、電気伝導性の良い金属などの導体（良導体）と電気抵抗率の大きい絶縁体の中間的な抵抗率をもつ物質を言う（抵抗率だけで半導体を論じるとそれは抵抗器と同じ特性しか持ち合わせない）。代表的なものとしては元素半導体のケイ素（Si）などがある。 電子工学で使用されるICのような半導体素子はこの半導体の性質を利用している。 良導体（通常の金属）、半導体、絶縁体におけるバンドギャップ（禁制帯幅）の模式図。ある種の半導体では比較的容易に電子が伝導帯へと遷移することで電気伝導性を持つ伝導電子が生じる。金属ではエネルギーバンド内に空き準位があり、価電子がすぐ上の空き準位に移って伝導電子となるため、常に電気伝導性を示す。.

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イオン注入

イオン注入（イオンちゅうにゅう、）は、物質のイオンを固体に注入する加工方法である。イオン注入は固体の特性を変化させる点で材料工学に属し、工業的には半導体の生産に使用され、金属の表面処理など様々な材料科学の研究などが行われている。イオン注入は、対象の物質と別の元素を注入することにより、物質に化学的変化を与えると同時に、物質の破損または破壊など、構造的な変化も与える。 一般的なイオン注入装置は、目的とする元素のイオンを発生させるイオン源、必要なイオンだけを取り出す質量分析器、イオンを電気的に加速する加速器、対象物であるターゲットを高真空状態とするチャンバーから成る。イオンは単一の元素が使われる。このため、ドーズ量と呼ばれる注入された物質の総量は、イオン電流の時間積分で与えられる。イオン注入によって与えられる電流は、μAで表されるほど小さい。 一般的なイオンの加速エネルギーは10-500keV（1,600-80,000aJ）の範囲で使用される。1-10keVの範囲でも使用することは可能だが、イオンが表面近くの数nm程度のところで停止するため実用的ではない。さらに対象物の損傷を小さくする場合は、イオンビーム成長が用いられる。また、通常の加速器ではさらに高い5MeV程度の加速エネルギーまで印加可能であるが、対象の損傷が大きく、また、深さ方向の分布も広がるため、実効的な変化量は小さくなる。 打ち込まれたイオンはイオンと対象物の種別の他に、加速器で与えられる運動エネルギーと対象物質と衝突散乱による運動量の喪失によってその飛程、つまり浸透して停止する深さが決まり、そのバラツキはほぼガウス分布に従う。イオンは対象物の原子との衝突、および電子軌道のオーバーラップによる効力などにより次第にエネルギーを失っていく。多くの場合、注入深さは10nmから1μm程度である。対象物の結晶原子の配列方向が打ち込み方向と同一の場合には、原子の間をトンネルのようにすり抜けるものが出るため、深さの制御が難しくなる。これを避けるため結晶方向からは少し傾けて打ち込まれる。イオン注入は対象物の表面付近で化学変化・構造変化が求められる場合に特に有効である。.

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回路設計

回路設計（かいろせっけい）とは、回路の設計を行うこと。.

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拡散

拡散（かくさん、独、英、仏: Diffusion) とは、粒子、熱、運動量などが自発的に散らばり広がる物理現象である。この現象は着色した水を無色の水に滴下したとき、煙が空気中に広がるときなど、日常よく見られる。これらは、化学反応や外力ではなく、流体の乱雑な運動の結果として起こるものである。.

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