＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
The AIPS ( Artificial Intelligent Partner System )
hagiwara-yoshiaki@aiplab.com
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
半導体まめ知識 （１）半導体とは？
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
毎朝６時前から１時間ほど、お天気がいい日は、
自宅のそばの小川沿いや野道を Walking。
毎朝、健康のために、妻と萩原は歩いています。
その時に萩原が撮った写真と妻の絵手紙です。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
●荻野中学校の10月の絵手紙はこちらをclick してください。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
70歳のじじいのつぶやきです（笑顔）。
Story of Pinned Photo Diode
Pinned Photo Diode Patent by Hagiwara in 1975
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
*********************************************************************
半導体産業人協会主催の２つの秋季半導体技術講座の紹介です。
（１）2018年11月1日～2日開催の半導体入門講座の案内
2018年度 秋季入門講座カリキュラム詳細版
（２）2018年11月5日～6日開催の半導体ステップアップ講座の案内
2018年度 秋季ステップアップ講座カリキュラム詳細版
*********************************************************************
著書に 「人工知能を支える、デジタル回路の世界」
ISBN 978-4-88359-339-2 C3055 青山社 出版、
ハードカバー 475ページ、\9000 + Tax があります。
是非、購入してお読みください。
半導体素子の基本物理動作からその応用回路まで
やさしく解説しています。文系の方でも読みやすい
ように工夫し、むずしい数学のバックグラウンド知識
がなくても、容易に直観的に誰でも理解できるように
わかりやすい解説図を本書には多く用意しています。
この書籍の付録（１） 小学生の油わけ算の問題の解法例です。
付録（２） 中学生数学で解ける特殊相対性理論の解説です。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
Yoshiaki Hagiwara, Ph.D. IEEE Life Fellow、
the inventor of Pinned Photo Diode ( SONY HAD sensor )
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
******************************************************************
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
半導体まめ知識
（１）半導体とは？
（２）太陽電池とは？
（３）固体撮像装置とは？
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
半導体まめ知識 （１）半導体とは？
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
（１）まず、世の中の物質を電気を通すか通さないかで分類します。
世の中の物質は、電気を通す金属性物質（Ｍ型）と、電気を全く通さない絶縁体物質（Ｏ型）と
電気を通したり通さなかったりする半導体物質（Ｓ型）など大きくわけて4種類があります。
また半導体物質(S型）には電気を通す時、２種類の通し方があり、Ｎ型とＰ型半導体に分類されます。
（１）Ｎ型半導体は、負の電荷をもった電子（electron)をcharge carrierとして
半導体結晶体 ( Silicon Ｃｒｙｓｔａｌ ）の中で、電流となるＮ型半導体物質です。
（２）Ｐ型半導体は、正の電荷を帯びた原子（イオン）がシリコン結晶体の中で
自分が中性になるために隣接する中性の原子から電子を奪い、
奪われた原子が代わりに、正の電荷を帯びた原子（イオン）となり、
さらに原子（イオン）は、そ自分が中性になるために隣接する、
別の中性の原子から電子を奪い、中性になり、結果的に、
正の電荷が次から次へと移動して、導体結晶体 ( Silicon Ｃｒｙｓｔａｌ ）の中で、
電流となる Ｐ型半導体物質があります。
血液型にもＡ型、Ｂ型、ＡＢ型とＯ型があり、その性質の細かいことは私も知りませんが、
交通事故などで輸血するときのルールがあります。
それと同じです。あまり、物質の細かい性質はこのお話でも知る必要はありません。
いろいろ世の中の物質が、この４種類の血液型 ( A, B, AB, O )と同じく、
電流と光をと通すか通さないかで、物質も ( M, O, Ｓ、Ｘ ) の4通りにと分類され、
さらに半導体（Ｓ）は、Ｐ型とＮ型に分類されるということだけを覚えておいてください（笑顔）。
この中で半導体集積回路の材料となるのは、( M, O, P、N) の４つの物質です。
Ｘ型の物質は光も電子（電流）も通さない物質で半導体集積回路をまわりから包み保護し、
外部の紫外線や電気障害（静電気や雷）や電波障害から保護する物質として使用します。
[1] M型は電気を通す金属性物質、光は反射する。
金属配線がいい例です。
金属はアルミ原子や金の原子などのぎっしりかたまった固体です。
その金属原子の中を自由に浮遊するのが電子です。原子を太陽系にたとえると、
太陽（プラスの電荷を持つ原子核）の周りをまわる地球（マイナスの電荷を持つ電子）
の様なものです。太陽の強大な重力が及ぼす引力で地球は太陽のまわりをまわっていますが、
マイナスの電荷を持つ電子は、プラスの電荷を持つ原子核に電気力でしばられていますが、
一番外の軌道にある電子は、少しのエネルギーを光などで外部からもらうことができると、
原子核の引力に勝ち、ロケットが元気に太陽系から太陽の引力圏から飛び出すように、
電子も自由電子となり、半導体結晶体（ silicon crystal ) の電子にとってはすけすけの
自由空間をさまようことができます。しかし、それでも金属原子のすきまで浮遊している
だけです。金属のかたまりから脱出したわけではありません。金属は電子の海にも
たとえることができます。電子の海の中を電子は自由電子になって浮遊しています。
ますで、海の中の水の分子のようなものです。しかし、その水の分子はなかなか海の
外には出られません（涙）。
しかし、もし、本当に強いでエネルギーを持った光（強い紫外線）があたれば、水面近くに
ある電子にその光のエネルギー（光子）がぶつかり、電子がそのエネルギーを吸収し
元気になり、金属の原子核の引力から脱出できて、完全に金属から飛び出すことも
可能なはずです。金属に強い紫外線を照射すると電子が飛び出すはずです！
この現象を世界で最初に物理的に理解し、光のエネルギーの粒を 光子( photo )と
名前を付けたのは Albert Eistein でした。彼は 相対性理論で 有名ですが、
今では中学校の数学 （時間変数 t と空間変数 x の２つの変数の連立方程式）の
の知識があれば理解できる特殊相対性理論が当時の物理学者は理解できません
でした。逆に、Albert Eistein は、もっと単純な、この光電効果の物理モデルの提唱
することにより、すなわち、金属に光を照射すると電子が飛び出す現象の物理的な
解釈 （光は波でありまた粒子でもあるという新規な全く新しい物理概念 ）により、
多くの当時の世界の物理学者の感銘を受け、Albert Eistein はノーベル賞を受賞
することになりました。むずかしい数学よりも誰もが理解できる直観に訴えることが
できることが、誰にも理解できるようにする努力を惜しまないことが重要であることは、
今の物理学だけでなく、どんな学問でも共通して、たいへん重要なことですね。
さて、金属とは何かのお話に戻ります。
[2] 次に絶縁体であるO型の説明です。Ò型物質は電気を通さない絶縁体のことで、
ガラス性で光を通すもののことです。絶縁体にＸ型で黒いゴムや黒い服地などが
あります。色のついた服は一部の波長の光が光を反射する化合物金属の粉や
染料や塗料が反射したものと解釈してください。ここではSilicon 結晶体を酸化
するとそのまわりに形成されるきれいな薄い酸化膜 SiO2 やアルミ金属を酸化
するとそのまわりに形成されるきれいなアルミナと呼ばれる酸化膜 Al2O3 や
炭素原子(C)を惑星の奥深く、中心核ので重力の圧力の中で、酸化されたときに
できるダイヤモンドの宝石などを連想してください。これらはＯ型の絶縁体です。
[3] Ｎ型は電気を通す時もあれば通さない時もあり、中途半端な物質で、
金属と同じような電気の通し方をするものでＮ型半導体と呼ぶ。
空の箱の中をボール（電子）が自由に移動する状態を連想します。
そのボール（電子）はマイナスの電荷を帯びます。
[4] P型は電気を通す時もあれば通さない時もあり、中途半端な物質で、
ボールがいっぱい詰まった箱の中でボールが全く動けない状態で
１個だけボールが飛び出し、穴 ( hole ) があいた状態を連想します。
その穴 ( hole ) はプラスの電荷を帯びます。
まあ難しく考えないで、物質は、電気を通すか通さないかで、
一般に、( M, O, N, P ) と分類される、
ということだけを覚えておいてください（笑顔）。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
毎朝６時前から１時間ほど、お天気がいい日は、
自宅のそばの小川沿いや野道を Walking。
毎朝、健康のために、妻と萩原は歩いています。
その時に萩原が撮った写真と妻の絵手紙です。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
●荻野中学校の10月の絵手紙はこちらをclick してください。
*********************************************************************
半導体産業人協会主催の２つの秋季半導体技術講座の紹介です。
（１）2018年11月1日～2日開催の半導体入門講座の案内
2018年度 秋季入門講座カリキュラム詳細版
（２）2018年11月5日～6日開催の半導体ステップアップ講座の案内
2018年度 秋季ステップアップ講座カリキュラム詳細版
*********************************************************************
著書に 「人工知能を支える、デジタル回路の世界」
ISBN 978-4-88359-339-2 C3055 青山社 出版、
ハードカバー 475ページ、\9000 + Tax があります。
是非、購入してお読みください。
半導体素子の基本物理動作からその応用回路まで
やさしく解説しています。文系の方でも読みやすい
ように工夫し、むずしい数学のバックグラウンド知識
がなくても、容易に直観的に誰でも理解できるように
わかりやすい解説図を本書には多く用意しています。
この書籍の付録（１） 小学生の油わけ算の問題の解法例です。
付録（２） 中学生数学で解ける特殊相対性理論の解説です。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
Yoshiaki Hagiwara, Ph.D. IEEE Life Fellow、
the inventor of Pinned Photo Diode ( SONY HAD sensor )
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
******************************************************************
return to http://www.aiplab.com
******************************************************************