シリコン

原子番号14の非金属元素。元素記号 Si。4価元素で、現在の半導体産業の主力材料。 #electronics #materials-science

元素としての性質

• 最外殻に4個の価電子を持ち、周囲のシリコン原子と共有結合して結晶構造(ダイヤモンド構造)を作る
• 融点は1414℃と高く、化学的にも比較的安定している
• 酸素に次いで地殻に多く存在する元素で、資源として豊富かつ安価に入手できる

半導体材料としての特徴

• バンドギャップは約1.1 eVで、常温付近での熱励起と電圧制御のバランスが半導体用途に適している
• 大きな単結晶インゴットを比較的容易に育成できるため、N型・P型半導体や集積回路(IC)の量産に向く
• 数十億個規模のトランジスタを1チップに集積する現在の半導体製造プロセスは、シリコンの結晶成長・加工技術の確立を前提に成り立っている

他の半導体材料との比較

シリコンは低コスト・低〜中耐圧用途で経済的に優れる一方、バンドギャップが狭いため高耐圧・高温動作には向かない。より広いバンドギャップを持つ窒化ガリウム(GaN)やダイヤモンド半導体は、シリコンでは扱いにくい高耐圧・高周波・高温領域を担う位置づけになる。

半導体の中での位置づけ

バンドギャップが約1.1 eVと中庸で、安価・大量生産に向くため現行の半導体産業の主力材料になっている。GaN・ダイヤモンド半導体など広バンドギャップ材料との比較基準にもなる。

出典

• Silicon Semiconductor: Properties, Applications, and Advantages | Electrical4U
• Essential Electronic Materials: Part 1 - Silicon
• Silicon (Si) | Properties, Usage, Advantages, & Disadvantages