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屋外の効果
ＢＳでメジャー・リーグの試合を見ていたら、画面に白点を発見した。それもひとつのカメラではなくて、２台のカメラに見つけたのだが、片方のカメラの画面には黒点もあった。 目に見える欠陥が出荷前の試験で見逃されることはまずないから、この欠陥は客先で発生したものなのだろうが、いつ発生したのかと思った。 試合前にカメラの画像のチェックはするだろうから、この白点などの欠陥はプロならすぐ気付くと思うが、小さい欠陥だったのでそのままそのカメラを使ったのだろうか。 ２台同時に欠陥を見つけたのが気になるが、もし試合中に何かが空から振ってきてカメラのＣＣＤに欠陥を発生させたってことは…ないかな？ 人工衛星に使用されるＣＣＤは宇宙線の影響で劣化の程度がひどいきいたことがあったが、宇宙線ってなんなのかな。また、その問題はどうやってクリアされたんだっけな。論文を探せばわかるだろうか。 カメラのケースやレンズを透過してＣＣＤのシリコンに欠陥を発生させるのだから、宇宙線って高いエネルギーを持った電磁波なのか？ 気が向いたら追っかけてみるか。 今までマラソンの中継のときも白キズは見つけたことがあるから、屋内よりも屋外で使用するカメラのＣＣＤは劣化するのがやっぱり早そうだ。 今はＣＣＤよりもＣＭＯＳセンサーが主流なんだろうか。どっちにしても作る人たちは大変だ。
2007年08月12日
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回路シミュレーター
先日、電子回路のシミュレーターの本を買った。早速付属のCD-ROMからパソコンにプログラムをインストールして今悪戦苦闘の最中。 苦労して発振回路を組んだのに、発振してくれない。これじゃ現実世界とおんなじだ。シミュレーターにもなめられているような気がする。どいつもこいつも馬鹿にしやがって。って怒ってもしょうがないけど。どこが悪いのかさっぱりわからない。まあ、少しずつ慣れていくしかないんだろうなあ。
2006年11月13日
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勉強法
最近、本を読んでもすぐに眠くなって投げ出してしまう。気持ちが発散気味なのだが、こんなときはあんまり無理してもしょうがないのだろうか。軍隊式にビシビシやってもいいのだが、根が軟弱野郎なのでそこまではできない。 今まで文献を読みながら、ノートに内容をまとめるようなやり方をしていたが、それだと１日に２，３ページくらいしか進まないので、本一冊終えるのにかなりの日数がかかってしまう。読んだだけで理解できればそれでいいのだが、頭が悪いのでどうしても書かないと理解できない。スピードと理解度を両立させるやり方というのはないもんかな。これくらいが丁度いいのかなっていう気持ちもあるけど。
2006年10月06日
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川上正光 『電子回路1-5』
最近電子回路を勉強し直さなければいけないと思っているのだが、まだ自分に合った本を見つけ出せないでいる。勉強が進まないのを、本のせいにばかりにしているところもあるが。でもどうせ勉強するなら面白がりながら勉強するのがいい。 いろいろ探しているが、川上正光さんという人の「電子回路1-5」という本が結構面白いかなと思ってちょこちょこ読んでいる。 タイトルからして電子回路の本なのだが、専門書なのにときどきプラトンの格言なども出てきて、教養の深さを感じさせてくれる。きっとこの先生の講義ｊは面白いんだろうなあと想像してしまった。 書かれたのが昭和２８年なので、真空管がメインに書かれていて、バイポーラトランジスタが後半出てくるが、ＭＯＳトランジスターは出てこない。でも、まあ基本的な考え方を勉強するならいいかなという感じ。今手元にあるのは、昭和５６年の第５７刷のもの。超ロングセラーだな。 話の進め方がうまいのでちょっとがんばって読んでみようかなと思っている。古い字や言い回しが多いが、それがまた趣があっていいなあと思うようになってきた。機会があったら、他の本も見てみようかな。
2006年05月30日
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研究力
駅の書店でたまたま見つけた『研究力』（東京図書）という本を買った。現在活躍している１０名の研究者の研究に対する気構えみたいなものが書いてあった。その中に青色発光ダイオードの裁判で有名になった中村修二さんも入っていた。これがこの本を買った一番の動機かな。 まだ中村修二さんのところしか読んでいないが、日本の教育制度から、会社と研究者の関係についていろいろ書かれていた。内容については、確かにそうだと思わず言ってしまうところはあったが、そうかなと思うところもあって、まあ色々といったところ。 本の中では中村さんが、会社の指示を何回も無視して青色発光ダイオードの研究を続けたことが書いてあった。最初は大変だなと思ったが、後半はあまりにも無視しまくるので失礼だが笑ってしまった。“無視するのは非常に大事です”とまで書いてあった。 中村さんのように爆発的な実力を持った人でないと、なかなかこのような考え方は貫くことはできない。普通の人だったらとっくの昔に会社をクビになっているだろう。 本の中で中村さんは、自分をギリギリのところまで追い込んだときに、フッと画期的なアイデアなどが生まれると書いてあった。それを読んだときにぼくは、とても日本的な感じがした。武士道的なのかなあ。ぼくは根性無しなので、自分を追い込むのは苦手だなあ。外国の学者を見ていると、自分を追い込むというより、いつも頭をアクティブな状態にして、快活に動き回ることによっていろいろなアイデアを得ているような気がするが。これって“隣の家の芝生”的な考えかな。外国人研究者もプレッシャーに対して苦労しているとは思うのだが。でも日本人ほどには見えないんだけど。東京図書さん、ランダウの本を出してくれ。
2006年05月09日
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ベース
菊池誠さんの本を読んで、恥ずかしながら初めてトランジスタのベースの名前の由来がわかった。 点接触型トランジスタにおいて、針を半導体に立てるが、その半導体が針を立てる土台のようになっているからそれをベースというようだ。学生時代からなんでベースというんだろうと思っていたが、この年になってやっとわかった。遅すぎか？ まあ、物事に遅すぎるということはないということで。 一般的な接合型のバイポーラ・トランジスタのベースはコレクタとエミッタの間に挟まれていて、さらに厚さが数μmととても薄いので、ベースという雰囲気はまったくしない。点接触型から接合型に切り替わるときに、各部分の名称も変更しようという動きはなかったのかな。動作原理が同じだから、形がちょっと違うけどそのままでいこうという話になったのだろうか。 バイポーラトランジスタの記号の形も、点接触型の形からきていることがわかった。だれも教えてくれなかったよなあ。あの矢印はどこからくるのかとずっと思っていた。 接合型トランジスタの構造を見せつけられて、あんな薄い部分がベースだと言われても、ぼくみたいになんでよって思うのが普通だろうなあ。でもそこから色んなことを考えるからいいのかもしれないけど。 他にもMOSトランジスタのソース・ドレイン部を“拡散層”とたぶん今でもいうと思うが、なんでイオン打ち込みで作っているのに拡散層というのだろう思っていた。これはもともと、イオン打ち込みの技術が確立する前のやり方で作ったときの名前がそのまま流用されているようだ。 不純物を半導体に注入するやり方は、最初は不純物の固体を半導体の上にのせて、高温にして染み込ませるやり方を使っていて、しばらくして固体から気体雰囲気に切り替わったようだ。一番最初からイオン打ち込みで作られていていたら、拡散層ではなく“打ち込み層”とかいった名前になっていたかもしれない。 まだ名前についてはいろいろわからないところがたくさんある。コレクタやエミッタの由来も知りたい。大体検討はつくが。トランジスタもショックレイあたりが作った造語らしいが、それももっと詳細に知りたい。語源をたどっていけばいろいろなことがわかって面白い。もうちょっと早くそれをやればよかったが、そんなことをいってもしょうがないことだな。
2006年04月19日
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ゲルマニウム・ネックレス
ラジオを聞いていたら、ラジオショッピングで“ゲルマニウム・ネックレス”というのが紹介されていた。 これを付けると、肩こりが解消されるらしい。紹介者の女の人は実際につけてみると、一時間くらいして体がぽかぽかしてきたと言っていた。また、これをつけてマッサージ屋に行ったら、そこのマッサージ師からずいぶん肩がやわらかくなったねとほめられたそうだ。すごいな、ゲルマニウムは。 ゲルマニウムは、体温に近い３２℃から電子を放出すると、ラジオショッピングのお姉さんは言っていた。本当か？ どうしてゲルマニウムが電子を出すんだろう。 単結晶のゲルマニウムだったら、バンドギャップ０．７eVの半導体だから、熱電子放出によって電子を飛び出させるんだったら相当の熱エネルギーが必要になりそう。体温でも、低い確率だが、一部の電子は真空準位に達するだろうけど。 でもネックレスに使っているのは、単結晶といった特殊なものじゃないだろうから、そうすると多結晶とかアモルファスなのかなあ。現物を見たいな。それでも３２℃で電子が出てくるかなあ。 ネックレスは長さが２種類あって、値段は破格の１万５千円と１万７千円で、限定１００名様だったと思う。破格とか限定とか言葉のおおげさ度は高いが、商品の方はどうなのかな。
2006年04月18日
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CCDと白キズ
テレビを見ていると無意識のうちにCCDの白キズを探しているときがある。これはもう一生抜けない癖かもしれないな。 CCDの白キズで記憶に強く残っているものとしては、アテネ・オリンピックでの女子マラソンのときの映像で、ある特定のカメラはデカい白点が３～４個あったと思う。またアメリカでも日本でも野球中継のカメラで白点を何回か見つけたことがある。やっぱり生中継だからそのまま流れてしまうのかな。でも本番前のリハーサルで気づいてもいいかなと思うけれども。 新品のときから白キズがあるわけはないから、使っているうちに発生した後発白キズになるが原因はなんなんだろう。人工衛星など大気圏外にCCDカメラを持っていくと白キズが多数発生したというのは聞いたことがある。そのときは宇宙線の影響だとかいっていたが。宇宙線ってなんだろう？ γ線みたいな高いエネルギーの電磁波かな。 それとも製造中に白キズの種みたいな物が仕込まれて、お客さんのところにいったときにそいつが目を覚ましたとかいうのはないのか。金属が混入してそれが最初なにもせずに、時間が経つとそれが深い準位などを作って白キズを発生させるメカニズムは直感的には思い浮かばないな。 少し前に買った米本和也さんが書かれた「CCD/CMOSイメージ・センサーの基礎と応用」にも後発白キズは宇宙線が原因みたいなことが書かれてた。 それによると宇宙空間を飛来するα線、中性子線の量に相関があることが突き止められている、と書いてある。宇宙線ってγ線じゃないのね。質量を持つやつなのか。 “質量をもつ宇宙線によりフォト・ダイオードに結晶欠陥を引き起こすことが原因と考えられる”、だそうで。玉突きの弾性衝突みたいなことが起きているのか。ふ～ん。大気圏外より地上が少なくなるのは、空気のような粒子に衝突するからなのかな。 てっきりγ線のような強いエネルギーをもった電磁波と思ったが違うのか。電磁波じゃ結晶欠陥は起きないのかな。これ以上書くと怒られそうなのでやめとこうかね。 いまがんばったら結晶欠陥って原子単位で見ることができるのかな。どんなになっているんだろう。ひとつの白キズに対して何個の結晶欠陥がどのように発生しているか。 ぼくがテレビで見つけた白キズは、画面に複数あるものがあったが、ということは飛んでくる宇宙線の粒子は“群れ”になって飛んでくるのだろうか。想像ならいくらでもできるな。 宇宙線って結局なんなんだろう。どこかの星が爆発したときのものか。それともビッグバンのときの名残とか。宇宙物理学に詳しい人に聞けばわかるのかな。 「CCD/CMOS…」はとても詳しく書かれたいい本だと思った。CCDに関しては他にはあまりいい本が見あたらない。特殊なデバイスだからしょうがないのかな。個人的にはもっと白キズについて詳しくのっているとうれしいのだが。こんなのをのせても、特定の人間しか喜ばないか。 ぼくがテレビでCCDの白キズを見つけたのは、マラソンと野球で屋外のものだったが、これは偶然ではなくて、やっぱり屋外で使うと宇宙線が当たりやすくなって白キズが発生しやすいのだろうか。
2006年04月15日
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再び菊池誠さん
また続けて、菊池誠さんが書かれた『半導体の話 物性と応用』を読んだ。その前に読んだ『日本の半導体四〇年 ハイテク技術開発の体験から』と同様に非常に面白くて、思わず“そうだよなあ”とうなってしまうところがたくさんあった。もうちょっと早く読んでおけばよかったかなぁ。 今回の『半導体の話～』が書かれたのは１９６７年。菊池さんがソニーの中央研究所にいく前に書かれている。前回のブログの『日本の半導体４０年～』は１９９１年。 今回のは少し専門的な話で少しだけ数式も出てくる。でも、親切に説明されているので、半導体を中途半端に勉強した人が読むと理解が深まって、ちょうどいいのかもしれない。 デバイスに関して言えば、ショックレイのトランジスタとの格闘の話から、点接触型から接合型への移行、そしてＩＣ、レーザーなどについて書かれている。ＭＯＳは出てこなかった。ＭＯＳが出てくる載って１９７０年代からなのかな。でも、戦前からショックレーにはＭＯＳのようなアイデアを持っていたことは書かれてあった。 半導体をやった人間にとっては、もう宝のような言葉がたくさん出てきてここに全部書くことはできない。今一番気に入っているのは、ショックレイが研究がうまくすすまないときに出てくる、『うまく行かない様な現象が起こる時は、どうしたらうま行くかを考えるよりも、どういう方法を意識的にとったら、ひどく悪くなるかを調べる方がいい』というところかな。このようなことを考えながらショックレイは“一度物理学に立帰ろう”ということになって研究の方向転換をしてそれから、話はうまい方向に進み始める。ってことは今ぼくがやっていることもさほど意味がないことでもないのかな。 物理は工学に応用できるから重要だということも言えるのだろうが、もともと物理自体が面白いもので、だから過去に偉大な物理学者がたくさん出てくるんだろうなあ。難しいけど。 見落としがたくさんあるだろうから、もう一回読んでみようかね。物性は昔は大嫌いだったけど、量子力学とかの物理が分かれば結構面白いなぁ。前は上っ面だけしか理解してなかったってことか。でも、ぎりぎりのところにいたからしょうがないな。
2006年04月14日
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技術開発について
菊池誠著『日本の半導体四〇年 ハイテク技術開発の体験から』という本を読んだ。約２００ページを二日で読んだ。僕にとっては異例の速さ。面白かった。 ショックレイといった過去の科学者や技術者の大物達の意外な素顔が紹介されていたのが興味深かった。ショックレイってとても有能な人間だったが、とても性格がきつくて最後には部下に裏切られてしまうというのは誰かと姿が重なってしまった。 また、日本人と外国人の技術革新に対する考えの差というのがところどころで紹介されていた。 日本では次々に電化製品の新しいモデルが出てくるが、それを見たある外国の人は、「どうして日本では絶えず新型が出てくるんだ。」「お前にだまされて、損をした。」と菊池さんに文句を言ったというエピソードが出てくる。ヨーロッパにはこういう気持ちの消費者が多いと書かれていたが、今はぼくもそのような気持ちが強くなってきている。 日本では、お客様が新しい商品を使ってみようみようという気持ちが強いと書かれていたが、もともとそんな気持ちを持っていたわけじゃなくて、そういうふうに誘導されたというのが本当のところじゃないのかな。もともとの気持ちはヨーロッパの人たちと変わらないような気がするが。それについてはあまり書いてなかったけど。 菊池さんたちが、元社長の岩間さんとホテルの部屋で、日曜日にフリートーキングといって仕事に関する討論をするというのを欧米の友達に話すと、欧米の友達は笑って受けつけなかったそうだ。「社長に言われると、日曜日に出て行くのか？」「それで、奥さんはなんて言うんだ？」と言われたそうだが、ぼくもそれに近いかな。欧米でそんなことをしたら契約がしっかりしているから大変なことになるんだろうなあ。 また、ある中国の人から、「なぜ、日本の企業は、かなり基礎的な研究まで含めて、あんなに熱心に研究開発をするんですか？」と言われたのに対して、菊池さんは本の中では、日本では競争を常識としているからというふうに書かれている。競争はお客様を少しでも満足させようというところからきているといったことも書かれていた。 お客様の目は厳しいか…。そりゃ厳しいよなあ。でも、なんでそうなったんだろう。少しでも新しくて性能のいい物を持ちたいという欲求はもともと人が持っている欲求なんだろうが、それを強く刺激するマスコミの宣伝なども見逃せないような気もするが。本当は、そんなに新しい物を持つ必要はないと思うが、このようなおおらかな考えは危険思想になってしまうのかな。今は電化製品はそんなに消費者を幸せにしていないように思うけどどんなもんかなあ。人間って、とくに日本人はもともとのんびりした人柄のような気がしたりして。ま、理想世界は現実には存在しない。ちょっと醒めているかな。 「結晶の中の電子の振舞いを理解するには、どうしても、この量子物理学、固体論などとよばれる学問によって抽象化されたモデルを、日常的に使いこなせるようになることが必要なのである。」たしかに。そのとおり。そうでござんす。もうちょっと早く気づけばよかった。でも日常的はちときついな。がんばってみるか。
2006年04月11日
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シリコン酸化膜
シリコン酸化膜 シリコンについては多くの本でその物性について解説がなされているが、それに比べるとシリコン酸化膜については圧倒的に少ない。まだ文献を見るよりも、論文などを見る段階なのかもしれない。今それはできないもんなあ。 半導体の中でシリコンが最も隆盛を誇っているのは、シリコン自体よりもシリコン酸化膜の発見が大きいと書いてあったが、なんの本だったかな。忘れてしまった。ダメだな、記憶力が。 絶縁膜の検討の歴史って広く知られているのかな。ぼくはよくしらないけれども。これもショックレーあたりがやったのかな。それともどこかの会社の技術者かな。ショックレイもベル研だった。 酸化膜というとどうしても地味な感じがするので、とても大事なのだが敬遠してしまうところがあった。だめだね、くだらん先入観は。最近までシリコン酸化膜がアモルファスということを知らなかったんだから大バカ野郎だなぁ。 なんとかトラップとかなんとか中心とか耳にするだけでも、以前は体に拒否反応が走っていたし。今は結構好きになっているなんて昔じゃ考えられない。今の状態は普通じゃないことはないんだろうが。 ある本によると、数原子まではシリコン単結晶の結晶性を引き継いで、その後テトラヒドラ（正四面体）が無秩序に並んだ非品質ガラスになる、と書いてある。最小単位はやっぱり整った形をしているのね。 テトラヒドラって怪獣の名前みたいでなんか強そうだな。ゴツゴツしたゴジラのような肌触りを想像してしまう。 テトラヒドラがシリコン酸化膜の基本構成要素か。シリコン１個に酸素４個になっている。それぞれが完全に独立しているわけじゃなくて、隣の分子と酸素を共有するようになっている。言葉にすると表現しにくいなあ。本当かなあ。どうやって調べたんだろう。 テトラヒドラどうしを結びつけている力ってなんなんだろう。やっぱ論文を見ないとだめか。 構造については、この本には1ページしか載っていなかった。ほかの本では全然見つけきれなかったし、やっぱり論文を探さないとだめなんだろうなあ。構造が分かると直感的な理解もしやすいのだが。
2006年04月08日
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ショックレイ
少し前にショックレイの『半導体物理学 上・下』をネットの古本屋で購入した。古本に関しては、ネットは本当に便利だと思う。最近は専門書はほとんどネットの古本屋から買っているなあ。 この本は１９５０年にショックレイが出した『Electorons and Holes in Semiconductors』の日本語版。今から５０年以上まえに出された本だが、もうこの時点で半導体物性に関してほとんどのことはわかっていたみたいだ。 半導体に関する大抵の面白いことは、ショックレイのような人たちがあの時代に独り占めしたって感じなのかな。これからちょっと楽しませてもらいましょうかね。 この本を理解しようとしたら、ぼくにはもうちょっと固体物理学の方を勉強しなければならないようだ。序文に、“大学院以下の学生にも理解できるように意図した”と書いてあるが、ちょっと学生には厳しいと思うが。 また、巻頭のはしがきには、“著者自身は多くの固体物理に関する問題の基本的な理解のためには次の四つの問に答えることが大変役に立つことを経験している。即ち(1) どんな原子が存在し、どのような配列をしているか？(2) このような配列は如何にして生じたか？(3) このような配列から如何にして電子及び原子のある種の運動が起るようになるか？(4) このような機構から如何にして観測されるような物理的性質が生じるか？これ等の問によって伝導現象が理解され、p-n接合によるキャリヤーの注入が理解できたのである。…” こういうのを知りたいんだよなぁ。さすがショックレイ。最近ぼくは、本を見るときははしがきが面白いかどうかを結構見ている。 しかし、上下巻で６００ページくらいあるから、いつ読み終わることやら。ま、一生の間に読み切ればいいかな。それにしてもネットがなかったらこんな本は絶対に手に入らなかったなあ。
2006年04月07日
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結局gmはなんの略？
相互コンダクタンスについて色々見直したが、結局gmが何の略かはわからない。言霊にこだわる自分にとっては一番知りたいところなのだが。これを測定して何かしたいという人には全くどうでもいいことなのかもしれないが。 たぶんmはmutualなんなんだろうなあ。“相互の”や“お互いの”という意味になっていた。 それではgはなんなのか。これは半導体の本より、電子回路の本を見たらいいのかもしれないけど。まさかgainじゃないと思うけど。コンダクタンスは利得とは違うし。 相互コンダクタンスのところをながめていたら、ドレイン抵抗もgdと、なぜかgを使っていた。相互コンダクタンスのgとドレイン抵抗のgは同じものなんだろうが。ほかに思い浮かぶのはgateくらいしかないけど。わかりませんです。ぼくは何を書いているんだろう。
2006年04月06日
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相互コンダクタンス
相互コンダクタンス 心に響かない言葉シリーズでもしばらくやるか。少し前に“言霊”という言葉が流行ったなあ。サザンの歌だったけなあ。 相互コンダクタンスか。記号でｇｍと呼んでいたが。ぼくの頭の中ではただ“じーえむ”としか響かなかった。言霊のかけらもなかったなあ。でも、ものを考えないのも仕事を速くこなすテクニックでもあった。あまり良くないテクニックだが。相互コンダクタンスは大学で習って名前だけは覚えていたが。名前だけだった。アホ学生だったもんなあ。1. 言葉の意味 最初はこのパターンでいくかな。 相互コンダクタンスは、英語では“transconductance”となっている。自宅の英和辞典には、この単語はのっていなかった。conductanceは導電率で、電気の流れやすさのこと。抵抗の逆数。これくらいは分かるか。transが重要なところだろうが辞書で見ると、 trans- pref. 1. 「越えて」「横切って」 2. 「貫いて」「通って」「完全に」 3. 「他の側へ」「別の状態[所]へ」 4. 「超越して」 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 雰囲気としては、ひとつの世界から、また別の世界へ何かが移っていくというような感じをもった言葉か。日本語の“相互”とは少しニュアンスが違うような気がする。2. 内容 本をながめてみると、「相互コンダクタンスgmは、 gm = ｄIｄｓ／dVgで定義される。ドレイン電流を制御する際の、ゲート電圧の有効性、すなわち増幅作用の度合いを表し、バイポーラ・トランジスタの電流増幅率α、あるいはβに相当する。…」書いてある。これくらいだったらなんとか理解できるかな。ゲート電圧がどれだけドレイン電流に影響を与えるか。この説明を読んだ後だと、“trans-”が頭につく理由が少しわかるような感じはする。 本によっては、相互コンダクタンスではなくて、伝達コンダクタンスと書いてあるのもあって、ぼくはそれの方がしっくりくると思う。“相互”とくると、ゲートとドレインがお互いに向き合っている雰囲気が頭に浮かぶが、トランジスタの姿とはちょっと違う気がする。向き合うというよりも、ゲートからドレインへが何かが流れていっている姿がやっぱりしっくりくる。こんなこと考えてもしょうがないかな。3. 目的 gmはトランジスタのとても大事な特性であることは見て分かるが、それにしてはそんなに測定する機会はなかったような。 本には、「ドレイン電流はゲート幅に比例するので、実用上、gmをゲート幅Z(mm)で割って規格化して表す。」と書いてある。こんなことをやっていたかは全然覚えていない。なにやってたんだろうなあ。
2006年04月03日
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Body Effect
Body Effect 聴いた途端に頭にイメージが浮かんでこない言葉は理解しにくい。もっと正確に言えば、理解したいという気持ちが湧いてこない。Body Effectもそのような言葉の中のひとつかもしれない。ボディ・エフェクトか。なんか響きは結構かっこいいけど。訳の分からないままに測定していた。意味は分からなくても測定方法が確立しているので、測定だけはできる。でも自分で何をやっているかわかっていなかった。ただ測っていただけだったなあ。ものを考える余裕もなかったし。1. 言葉の意味 本を見ると、“基板効果”と書いてある。bodyを辞書で調べると、 body n. 1 身体、肉体 ； 死体 2 胴体、幹 3 《物の》本体、主要部 ・・・・・・・・・・・・・・・ あんまり面白いことはのっていなかった。英語のニュースでイラクやアフガニスタン関連で出てくるbodyはほとんど“1”の三番目の意味だな。 bodyを基板と訳すのか。基板の電圧としては表面のアクティブ領域にかかるものではなく、基板側、つまり内部の方をにかかる電圧のことを言っているが、そうすると“２”の意味がいちばん近いかな。 bodyが表面に対する意味合いが深そうだというのはなんとなくわかる。半導体デバイスにはほかに、バルクという言葉が出てくるがそれと似たような意味合いを考えていいかな。半導体デバイスで主要部といったら表面側を指すし、やっぱり“２”かな。2. 内容 ある本には、Body Effectについては …基板逆バイアス効果は、バルク空乏領域を広げ、しきい値電圧を高めることである。 と書いてあって、基板バイアス電圧を大きくすると、しきい値電圧が高くなるグラフが提示してある。これもなんとかわかるかな。 そのあと、基板バイアス電圧の変化に対するしきい値電圧の変化量、 ｄVｔ／ｄVｂｓ （結構複雑な内容）を基板感度として提示してある。3. 目的 これがどういったことに役に立つのだろうか。 基板感度は、バルク不純物濃度が高いほど、高くなる。また、逆方向の基板バイアスはサブスレッショルドスロープをいくらか急峻にするとある。と本には書いてあるが。式の内容を見ればなんとか分かるような気がする。 結局、Body Effectを測定してそれが規格に入っていれば、基板の不純物濃度が正常だよということなのかな。Vthがずれた場合などに、Body Effectを測ってそれが異常な値をしめせば、基板の不純物が悪いという判断ができますよってことなのかな。 基板逆バイアスを大きくすればサブスレッショルド特性はよくなるから、上げたほうがいい、とは言ってないんだろうなあ。電源の数が増えるから、なかなかそういうことはできないよなぁ。ほんとかな。4. おまけ 海外のニュースで、戦争や災害のニュースの時に“recover bodies”というのがちょくちょく出てくるが、最初は、体が回復したのかと思ったが、全然逆で“遺体を回収する”という意味だった。難しいなあ。
2006年04月01日
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有効質量
ぼくは会社に入ったばかりの頃、訳の分からぬままに仕事をしていて、会議の時はよく上の人から怒られたりしていた。その中にすごく頭の切れる人がいたが、その人がとても恐かったので、会議に出て発表するのはとても憂うつだった。 その人はとても理論に詳しくて、その人が書くレポートには難しい理論式が載っていた。その中には、ψやφなどのギリシア文字が使われていて、それがとてもカッコよかったので、ぼくもいつかそんな記号を使ってみたいなとミーハーみたいなことを思っていた。 当時はその中にｍ*というのがあって、今は有効質量というのがわかるが、当時ボンクラのぼくはとても難しそうだなあと思うだけで、全然理解することができなかった。 勉強しようという気持ちはあったと思うが、反面あきらめていたところもあったと思う。大学時代の経験から、俺には科学や工学に対して深い理解をすることなどできないと思っていた。 数学者や物理学者が新しい発見するのを見て、自分もそういうことをやってみたいと思ったことはあったが、実際に専門の勉強をしてみると全然楽しいとは思えなかった。高校時代のやり方で、丸暗記や公式の使い方の反復練習をしたのでは、そのような考え方になるのは当たり前か。覚えるんじゃなくて理解すれば面白いんだよなあ。 有効質量について書こうと思ったが、面倒くさく思ってきたので、次の機会にしよう。
2006年03月27日
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質量作用の法則
質量作用の法則 熱平衡状態のときに成り立つ半導体内のキャリアについて成り立つ法則に、質量作用の法則というものがある。数式にすると、 pn = ni^2 （２乗が表しにくい…） これは、真性半導体でも不純物が注入された場合でもどちらでも成り立つ、半導体の特性を表す非常に重要な法則となっている。 でも、とてもこの式にはキャリアの数しか出てこなくて、質量はどこにも出てこない。なぜこれを質量作用の法則というのか、前から気にはなっていた。気になっていただけで、例のごとく流されるままだったが。1. 調べてはみたが… グローブの本には名前の由来についての説明はなかった。タウア・ニンの本には、数式だけで法則の名前も出てこなかった。 理化学辞典で調べてみると、 質量作用の法則 [英 law of mass action ] 化学平衡の法則ともいう。 化学反応 aA + bB + … ⇔ cC + dD + … が化学平衡に達したとき、 各成分の濃度[ ]の間の比 [C]^c [D]^d … ────── ＝ K （これは分数。[C]^cは[C]のc乗。書きにくい） [A]^a [B]^b … は温度、圧力だけによる定数となること。Kを平衡定数（equilibrium constant） という。上式は溶液中の化学平衡に対してよく用いられ、その場合には 定数をとくに濃度平衡定数Kcという。気相系の化学平衡に対しては濃度 平衡定数とともに、組成変数として分圧を用いた圧平衡定数Kpが用いら れる。 質量作用の法則はグルベルグとその義弟ヴォーゲが、正反応と逆反応 をひきおこす化学親和力がちょうど釣り合ったとき化学平衡に達するとし て初めて導いた（１８６４）。彼らは濃度を活性質量とよんだ。 （後略…入力するのも疲れる…） よくわからんなあ。化学のほうを勉強しないと分からないのだろうか。似た式は出てきたことは出てきたが。 濃度のことを活性質量というって、何？ これが一番知りたいところなのだが。濃度と質量って同じようなものなのかな。よくわからんなあ。化学を勉強すればわかるかな。また気が向いたときにでもやりましょうかね。 半導体のキャリアの平衡の式になると、真性キャリア密度の二乗が平衡定数とかいうやつになるわけか。重要なことはなんだろう。こいつをいじれば色々出てはくるけど。
2006年03月24日
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縮退
昔、仕事をしていると、色々なよく意味が分からない言葉を耳にしていたが、忙しかったりすると細かい意味とかどうでもよくなってくる。ものを考えないことによって話が進展するのなら、それ以上余計なことをしないということはよくあった。でも、やっぱりものは考えた方がいいね。せっかく頭が体に付いているんだから。そっちのほうが楽しいし。でもお金を稼ぐときはそうじゃなくなるときがあるのが不思議。 せっかくだから、これまでほったらかしにしてきたよく理解していない言葉を見直してみましょうかね。 頭に“縮退”という言葉が思い浮かんだので、まずこれについて考えてみる。1. 不純物濃度が高いことなの？ 縮退という言葉は学生時代は聞いたことがなかった（たぶん）。最初に聞いたのは会社に入ってからか。そのときは、シリコンにリンが大量にドーピングされた状態を縮退というのかと思った。なにが“縮んだり”、“退いたり”するのかは、一瞬思ったかもしれないが、深く考えることはなかった。 縮退に関しては、グローブの本には、「不純物濃度がおよそ10E19/cm3に達すると…、このような条件のもとでは、その半導体を縮退したもの（縮退した半導体）と呼んでいる。」（p109）と、チラッとだけ述べられている。やっぱり濃度が高いことなのかもしれないが、これだけではなにが“縮んだり”、“退いたり”するのかは分からない。 ちょっと前に買った、『タウア・ニン 最新VLSIの基礎』には、「…不純物密度が１０E１８～１０E１９/cm3を越えると、ドナー（あるいは、アクセプタ）準位が広がり、バンドを形成する。これにより、実効的なイオン化エネルギーの減少が起き、最終的には、不純物バンドが伝導帯（あるいは、価電子帯）と合体し、イオン化エネルギーが０になる。」 このような、状況において、シリコンは縮退したといわれる。…」（p43,p44） グローブよりはちょっと分かりやすかな。イオン化エネルギーが０になることが縮退なのね。前よりは少し前進したかな。 ドナー準位がバンドを形成するのは、例のパウリの排他原理だよね。これを定量的に理解するのは数学が面倒くさそうだ。2. 量子力学で出てきた 量子力学では、異なる波動関数が同じ固有値を持つときに“縮退する”といっていたと思う。固有値の差が無くなったってことか。こっちが先なのか。時間的にはそうだろうな。3. 誰がこんな言葉を作ったんだろう？ 縮退は英語では、“degenerate”とあるが、これを辞書で調べると、 degenerate vi. 堕落する；退歩する；〔生物〕退化する；〔病理〕変質する a.,n. 堕落した（者）；退化した（物・動物）；変質した（物）、変質者.と、あまりいい意味は書いていない。状態が変わったことはわかるが、異なる複数の何かの差がなくなって同じ値を持つような雰囲気の意味は書いてなかった。もっとデカい辞書で調べたほうがいいかも。変質者っていうのはすごいね。 物理の言葉は明治の学者が苦心して作ったと思うが、縮退という言葉は誰が作ったのだろうか。 もし量子力学を翻訳したときに作られたとすれば、量子力学が完成したのは、たしか１９３０年あたりだから、単純に考えると昭和初期になるなあ。 もうちょっと聞いた瞬間にイメージが頭に浮かぶような言葉にならなかったのかな。それでも苦心して作り出したんだとは思うけど。
2006年03月23日
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半導体の物理
１５年くらい前に買った御子柴宣夫著『半導体物理』を少し前から読み始めた。この本は買っただけで今までほとんど開くことがなかった。 まだ前半の方しか読んでいないのだが、前書きが一番面白い。「現在の半導体工学の主役であるトランジスタの基礎的理解のためにはp-n接合の動作がよく分かっていなければならないのだが、相当のベテランでも全く分かっていないことが多いし、式で説明できても、物理像で説明することが全くできないなどというのはざらである。」「初歩の深い理解がなければ先端技術の知識もその日限りのものとなってしまうし、初歩から洞察してゆくと意外性のある新技術の展開なども非常に必然性があることに気がつくのである。」 すんません。全くその通りでございます。でも、忙しくて余裕がなくなると当たり前のことができなくなるんだよなあ。今頃になって基礎的な理解の大事さが少し分かってきた。 これを読みこなすためには、かなりの物理の理解が必要だ。手強いけど分かるとやっぱりうれしいもんだ。なんで学生時代にこんな気持ちになれんやったかなあ。
2006年03月22日
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ゲッタリング技術
ゲッタリング技術 ゲッターという言葉を初めて聞いたとき、ゲッターロボを思い出した。また、なんで語尾にerが付くのかなとも思った。できるだけ面倒なことはしたくないという気持ちが強かったので、言葉の意味を追いかけるということをほとんどしなかった。疲れていたのかな。1. もともとゲッターってなんなのよ 図書館に行って、デカい英和辞典で調べてみた。 getter ―n. 1. 得る人。 2. [電気]ゲッター。((電球や真空管内の残留ガスを吸収させる物質；例えば電球の フィラメントに付けて置くリンや真空管中に置かれるマグネシウムなど)) 3. ((カナダ))（田畑を荒らすねずみなどを退治するための）毒入り餌。 ―vi. [電気]ゲッターを用いる。 ―vt. [電気]（ゲッターを用いて）取除く。 gettering ―n. [電気]（ゲッター（getter）使用による）残留ガスの除去。 なるほどね。もともとゲッターというのは、悪さをするネズミを捕まえることエサのことなのか。大昔からある言葉なんだね。 リンはガスを吸収するのか。リンっていろんなところに登場するなぁ。 ネズミがエサのところにいくのは、エサがいい臭いがして食べるとおいしいからだろう。 Siの中のネズミである重金属とかは、何が好きでゲッターのところに引き寄せられるのかな。2. どうして引き寄せられるのか いろいろな本には、ゲッタリング技術の種類がいろいろ書いてある。手元にある本から主なものを挙げてみると、ＥＧでは1. 機械的損傷法2. 膜堆積法3. リン拡散法4. ビーム照射法などが結構詳しく書いてあった。あとＩＧについても。どれも結晶構造を壊して非結晶状態を作り出すテクニックだ。ぼくとしては、方法よりも理由が知りたい。そこで色々本を読んでみたが、ゲッタリング効果は、結晶欠陥等によってできるひずみ場がゲッタリング源になるということぐらいしか書いていなかった（ぼくが持っている本では）。ひずみ場とはなんなんだろうか。ひずみ場自体に対する説明は本には載っていなかった。3. ひずみ場か… ひずみ場については論文を読めば詳しいことが分かるのだろうか。論文は今手に入らないので、勝手に想像してみるか。 混入した重金属はPやAsと同じようなタイプだったら、４個の価電子はＳｉと共有結合してエネルギーのレベルは価電子帯まで下げられている。残りの１個か２個か知らないが共有結合できなかった価電子は、ダンググリングボンドとなり、高いエネルギーを持ってしまって、それらは禁止帯の中に準位を持つ。 まわりが完全な結晶状態にあるならば、どこへ行っても高いエネルギーを持つ価電子の状態はかわらないから、重金属が特定のところに動く理由はない。 重金属が特定のところに行くということは、そこにはエネルギーが低い状態を得ることができるから行くと思うが、その理由としては、共有結合できずにあぶれた電子もそこに行けば、共有結合できてエネルギーを下げることが可能になるからかな。 このときのエネルギーの変化の具合を、ひずみ場といっているのだろうか。 非結晶状態に重金属がはまるのはジグソーパズルみたいな感じだろうか。FeやNiはＳｉ単結晶の中にいるよりも、ある非結晶状態の中にいるほうが価電子のエネルギーレベルが下がって、居心地がいいのか。 ゲッタリングサイトにＰやＢが吸い込まれて、トランジスタのvthが変わったとかいう話は聞いたことはないが（あったりして）、ジグソーパズルの形が違うのだろうか。 どのような結晶欠陥がどのような重金属をとらえるのかは結晶欠陥の構造が見えないとよくわからないと思うが、いま非結晶領域もがんばれば原子単位で観察することができるのかな。 ひずみ場の関数の形としては、距離をrとすると、クーロン場と同じように長距離に対しても作用するのだから、1/(r^2)の形になっているのかな。これを計算するのは骨が折れそうだ。量子力学を勉強しないとダメだな。難しそう。4. ゲッターロボ ゲッターという言葉の意味からするとゲッターロボというのは、悪い奴を退治しに全国行脚するよりも、悪い奴を引き寄せてやっつけるイメージが浮かぶ。そんな話だったっけ。
2006年03月20日
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SRHモデル
SRHモデル SRHモデルを理解していたら、少しは展開が変わったかな。ちょっとは楽しくなったかもしれないな。当時は見るのもいやだったが。1. 最初はサッパリわからず SRHモデルという名前を知ったのは、恥ずかしながらつい最近だ。このような考え方があるのは、半導体関係の本には前半の方に書いてあるので少しは読んでいたが、難しくてよくわからなかった。これを理解するには、結晶のバンド理論を理解していないとダメなんだろうなぁ。 SRHと最初に聞いたときに、シート抵抗に関係あることなのかと思った。ただの名前と知って、なんだよという感じだった。意味がわかればほとんどのことは大したことはない。無知が恐怖を呼ぶとまではいわなくても、名前だけでいやになったり億劫になったりすることは多いな。 SRHモデルは、Si単結晶の中に侵入した金属などの不純物の電子のエネルギーが、禁制帯の中に準位を作ったときにそれがどんな影響を及ぼすかについて考えられたモデルのようだ。Fe,Niなどは深い準位をもつが、こいつらがなぜいけないかを説明してくれる。 最初深い準位と聞いたときには、価電子帯のすぐ上のエネルギーレベルかと思った。深い→エネルギーの底のあたりと解釈したからだった。今でもこの言葉に対する違和感はある。禁止帯の中心あたりのことをいうのだったら、もうちょっといい名前があったらいいなとは思う。センター準位とか。あまりよくないな。2. まずそれぞれの状態の割合を考える 一番詳しく書かれているのは、やっぱりグローブの本だろうか。 それによると、電子や正孔のエネルギー遷移のパターンを、・電子捕獲・電子放出・正孔捕獲・正孔放出の４つに分けてその割合を計算する。数式を書くのはくたびれるな。まだまだ今のシステムは分数を書くのはかなり大変だな。 そのときに、捕獲断面積σと熱速度vthが出てくるのがいやだった。いやだというのは変だが、あまりに突然登場するので。今でもよくわからない。この二つと不純物濃度を掛けたものの逆数がライフタイムになる。うーむ、むずかしい。 いろいろグローブ以外の本を見てみたが、どれも天下り的にこれらを登場させている。捕獲断面積は原子核の大きさと同等の次元のオーダーと書いてあったが。これくらいのところまで近づかないと捕獲されないということなのかなあ。熱速度もよくわからないし。まだまだやね。何を見ればわかるのかな。 このあたりはどうしてもわからないのでブラックボックスにして、なんとか計算をすすめると、電子・正孔の結合割合Ｕをあらわす式が出てくる（すごい適当説明）。この式は書きたいけど、分数だから面倒くさいので書かない。いい加減な奴だ。一回やったんだけどな。一回やれば十分か。3. この式はなにを示しているのか 結合割合Ｕの分母の方を見ると、n + p + 2ni*cosh[(Et-Ei)/kT] となっている。不純物の電子の準位Etが深いところにあって真性フェルミ準位に近いときには、cosh[(Et-Ei)/kT]の値が小さくなって、分母が小さくなる。そのため全体の値は大きくなる。また、n + p の値が小さくなると全体は大きな値になる。 深い準位は、エネルギー遷移するときのステッピング・ストーンのような役割をするとグローブの本には書かれている。ステッピング・ストーン、また横文字そのまんまか。飛び石か。ＰやＡｓみたいに、浅い準位の時は、価電子帯上端から、その準位まで飛ぶ確率が低くなる。確率はエネルギーに対して指数関数的に変化するから、ＰやＡｓの準位まで飛ぶ確率は非常に低くなるわけか。 だからＰやＡｓは電子を放出してしまったら、禁制帯の中にある準位はなにも仕事をしないというふうに考えていいんだろうなあ。 また、分子を見ると、pn-ni^2になっていてる。グローブの本には、これが再結合の“ドライビングフォース”ということができると書いてある。“ドライビングフォース”ってなんで日本語にしてくれないんだよと最初思ってしまったが。なんか強そうな雰囲気だが。 熱平衡状態からのずれが大きいほど、pn-ni^2は大きくなって、全体の値は大きくなる。この符号によって現象の性質が変わる。4. 結局なんの役に立つのかな？ 半導体に光があたるなどして、熱平衡状態よりも多くのキャリアが存在した場合には、pn＞ni^2となるから、再結合割合の値は大きくなる。深い準位は、キャリアを減らそうという方向に働く。 pn接合の接合面あたりにできる空乏層のように、キャリアが少ないときは、 pn＜ni^2となるから、再結合割合の値はマイナスになる。つまり電子正孔対が発生する。このときはキャリアを増やす方向に働く。 pn = ni^2のときは、再結合割合の式はゼロになる。だから、このときは、キャリアの増減はない。平衡状態だから当たり前といえば当たり前なのか。ＣＣＤに関していえば、電荷が蓄積される深いところの空乏層の部分に金属などの不純物や結晶欠陥が発生した場合、その部分は空乏化していてるので、pn＜ni^2となってキャリアがわき出すことになって、白キズが発生する。 またＣＣＤのセンサー構造は表面には濃いp+層が作られているが、それによって空乏層は表面まで伸びてこない。そのため、表面は熱平衡状態が保たれている。表面付近は、酸化膜との境界に界面準位がたくさん発生したり、プロセスのダメージを受けて結晶欠陥が多数発生していると考えられるが、それらの欠陥は、熱平衡状態なのでなにもせずに見かけ上“眠った状態”になり、そこではキャリアの増減はない。表面のp+層はかなり偉い。もうちょっと早く気づけばよかったかな。 結局、全体のシステムはどうにかして一番エネルギーレベルの低い熱平衡の状態に移行しようとするわけね。深い準位はその低いエネルギー状態への移行を助ける役割をすると考えていいのかな。 電荷がたまるところも熱平衡状態にできればいいが、それはムリか。結局白キズを減らすにはきれいにするしかないのか。
2006年03月18日
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やっぱり結晶かなあ。
結晶とWafer Waferにはどうして単結晶が必要なのか、前はよくわからなかった。今でも結構あやしいけど。量子力学をやってから少しわかり始めたというところか。 でもここが半導体をやっていて最もおいしいところのひとつだと思う。今までトンカツの衣ばっかり食べていたから気持ち悪くなっていたのかな。結晶を理解することはまさにトンカツの豚肉のところを食べるのといっしょだと思う。食べ物が好きだね。結晶の面白さは、だれも教えてくれなかったが、誰かに教えてもらおうと思っていること自体が間違っているんだろうな。 結晶構造を形成することは、Siが半導体となる大きな理由のひとつだろう。このことを簡単な説明で理解するにはどうすればいいのか。1. 電子が許されるエネルギーはバンドを形成する 半導体デバイスの本を見ると、結晶に関する記述は、だいたい前半の方にあって、電子の取れるエネルギーの値がバンド構造をなすと、天下り的に書いてあることが多い。 このことは会社に入ったときに読んだが、さっぱり分からなかった。ちっとも面白くなかったので、“これはもうこういうもんなんだ”ということにしていつの間にか気にしなくなった。 しかし、結晶構造を理解しないと半導体を理解することは無理だということが最近になってようやくわかってきた。遅すぎだね。遅すぎるってことはないか。生きているうちに分かったのだからまあまあだろ。 結晶の前に電子のほうの勉強をしたほうがいいんだろうなあ。量子力学はやっぱり必要だ。半導体を含む固体物理の基礎をなすものだからしょうがない。でも、量子力学を勉強しようと思ったら、古典物理学をある程度マスターしておかなければならない。結局ぼくは力学まで戻ってしまった。でも面白い。 量子力学は数式のオペレーションだけだったら、結構早くできるようになるだろうか。でも、それだったら今の日本の学校の勉強といっしょで面白くも何ともないだろう。面白さを感じなかったら、新しいアイデアを作り出すことは不可能だ。やっぱり長い時間をかけるべきなんだろうな。物理が得意な人間が学部生レベルになるのに４年かかるのだから、時間がかかるのはしょうがない。物理が得意じゃない人はそれ以上かかってもしょうがない。でも、４年間ずっと苦しむんじゃなくて、楽しむのだから、長かったらそれだけお得なのかもしれない。勉強は本来面白いものなんだということが最近わかりかけてきた。2. いろいろな場の影響 電子は、どんな場の中に置かれるかによって、エネルギーの持ち方が変わってくる。場の種類としては、本には大体３種類紹介されているだろうか。 なんの場もない自由電子の場合は、エネルギーは自由に取ることができる。エネルギーの値は連続な値を取ることが許される。 中心力場の中に置かれた場合。原子核の場の中にあるような場合は、エネルギーはとびとびの離散的な値になる。これを簡単に説明する方法はあるのだろうか。本には天下り的に書いてあるのが多い。量子力学を簡単に説明するのは無理なんだろうなあ。自分でシュレーディンガーの波動方程式を解くしかないのか。結構大変だけど。楽しちゃいけねえか。 結晶構造になると、電子は周期的ポテンシャルという場の中に置かれることになる。原子は電離していて、プラスの陽子が周期的に並ぶと考えるようだ。このときのシュレーディンガーの波動方程式の解き方が何種類か固体物理学の本には書かれている。どれも近似式であって、厳密に解くことは莫大な数の原子があるのでできない。 そうすると、電子がとることが許されるエネルギーはバンド構造を形成するという結果が出てくる。これも自分でやってみないとわからないだろう。3. パウリの排他原理までは遠い パウリの排他原理というのも、このあたりで出てくる。量子力学を勉強してここまで到達できる人は何人いるのだろうか。まして、独学の場合は相当しつこくやらないと沈没してしまうだろう。 パウリの排他原理に従うと、電子は同じエネルギーレベルにはスピンを考慮すると２個までしかいることができないので、そこから積み重なってどんどんエネルギーは高い方にいく。 １価の金属の場合は、バンドの中間まで電子は埋められている。上半分はエネルギーの隙間がある。２課の金属の場合はバンド構造がもっと複雑だ。これを理解するのはちょっと骨が折れる。 Siの場合はバンドが全て埋められているので、小さなエネルギーを受け取れない。と本に書いてあったがこれがまた最初分からなかった。電子が満たされているところを価電子帯といい、その間のギャップを禁止帯という。波数とエネルギーの関係を理解しなければダメなんだろうな。でもここが固体物理学の一番わかりにくいところだと思う。 このあたりは今でも結構怪しい。第一ブリユアン領域とかを見直さないといけないかな。 粒子がフェルミ粒子とボース粒子に分かれる理由はわかっているのだろうか。使われる数学がまた面倒くさそうだな。
2006年03月18日
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半導体ねえ
半導体とは何なのか？ 半導体というのは簡単にいったら何なのだろうとよく考えるときがある。もし幼い子供や年配の人に、“半導体って何？”と質問されたら、なんと答えたらいいのだろう。1. 半導体は半端者か？ “半導体”という言葉自体は、恐らく英語の“Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”をそのまま日本語に訳したんだろうと思う。“Ｓｅｍｉ-”には辞書を見ると、“半分”、“幾分”、“やや”という意味が載っている。“ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”は導体、電気をよく流す物質のことだ。 だから半導体は、言葉の意味から考えると、半端な導体ということが思い浮かぶ。とても半端なヤツという印象をもってしまう。 世の中に存在する物質を、電気が流れやすいかという視点から分類すれば、大きく３種類に分けられる。導体、半導体、不導体だ。とてもおおざっぱだが。それぞれ電気を、よく流す、少し流す、流さないものだ。 半導体を電線の銅線の代わりに使ったら、家に到達する前に電圧が落ちてしまって使い物にならないだろう。また、電源コードのビニールの代わりに使ったら漏電しまくって、危なくてしょうがない。このように考えると半導体はろくな仕事をしないように思われる。 それなのに半導体が電気製品に使われるのはなぜなんだろう。半導体工場を作るためには、１０００億円単位のお金が投入される。そんな莫大なお金を注ぎ込んでも、うまく商売すれば儲けが出るわけだ。なぜ、そんなに半導体は大きな利益をもたらすのだろうか？2. 本当は半端者じゃなく変わり身が速いヤツ？ 確かに半導体は、単体で測れば半端な導電率を示す。しかし、あるトリックを使ってやれば、金属並みの高い伝導率を持つことができ、また、他の絶縁体と同レベルの高い抵抗率も持つ事もできる。これが半導体の最大の特徴ではないだろうか。 つまり半導体は、半端な導電率だけを持つのではなく、絶縁体と導電体の両方の特性を持つことができる物質であるということができる。使い手側の希望する性質に変わってくれるという、とても都合のいい性質をもっているいえるのではないだろうか。 金属は確かに、良質な伝導率をもっている。しかし、この伝導率を低くすることはできない。また、ゴムやプラスティックなどの絶縁体も高い抵抗値を持っているが、この抵抗値を低くすることはできない。半導体だけが、抵抗値を大きく変化させることができる。この点が、半導体が導体や絶縁体と大きく異なることのひとつなのではないだろうか。3. 何の役に立つのか？ 抵抗値を変化させることができたら、なにが面白いことでもあるのだろうか。 すぐに思い浮かぶのはスイッチだろうか。抵抗値を変えてオンとオフとさせる。これが重大なことであることは本とかによく書いてあるが、前は読んでもあまり重要なことと思わなかった。スイッチなら、機械的なスイッチがあるからそれを使えばいいと思った。二つの電極を付いたり離したりできればいいのだからなんでもいいのにと思ったりしていた。 なにかメリットがあるから半導体を使うのだが、頭に思い浮かぶものとしては、 ・オンとオフを素早くきりかえることができる。 ・とても小さく作成することができる。の２点だろうか。 機械的スイッチだったら、どれくらいの速さまで対応できるだろうか。自動車のエンジンの回転数は分速８０００回転くらいまでか。秒速１３０回転くらい。１回転で１回オンオフできるとして、秒速１３０回か。結構速そう。秒速１３０回。１３０Ｈｚか。結構速い。人間だとがんばってせいぜい１０回くらいかな。 半導体だったらどれくらいまでいけるか。パソコンのクロック周波数はＧＨｚオーダーだったな。非常に速いスピードの対応できるというわけか。すごい。 物理関係の本だったら、わざとＧＨｚをＨｚで書いて１０００００００００Ｈｚと書くのかな。どうにかして数字の大きさを実感させようとするんだろうなあ。たしかに０の数が多いなとは思うが。あまりに数字が多き過ぎるとかえって実感がなくなってしまう。難しい。天文学的数字を実感したかったら、いろんな星に行かなきゃわからないんだろうなあ。 あまりに小さい数字というのも同じようなものだろう。 半導体を用いたスイッチは、μm単位の大きさで作ることができる。巷の本の真似をすれば、０．０００００１ｍか。これも実感できないな。ミクロの決死圏みたいに小さくなって実際に触れればいいのにと思う。 やっぱり半導体って名前を変えたほうがいいのかな。抵抗可変素子。それだったら、ボリュームとかの可変抵抗器を思い浮かべてしまう。可変抵抗器の場合は使う抵抗の寸法を変えるが、半導体の場合は、寸法はそのままで中の状態が変わる。 上の２点を初めて聞いた人は重要なことだと感じてくれるだろうか。感じないだろうな。ビジュアル的な刺激が必要なのだろうか。
2006年03月16日
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工夫が必要だね
教科書を見ても最近気持ちが盛り上がらなくなってきた。ブログに少しパワーを取られているのかもしれない。 どうしよう。ちょっと工学系の本に移ってみるのもいいかも。レーザー関係も今だったらちょっとは読みこなせるかな。 あとしっかりした日本語を読んだ方がいいだろうな。
2006年03月04日
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零の発見
吉田洋一という人が書いた『零の発見 －数学の生いたち－』という本が面白い。 まず日本語が非常に美しい。この著者は歴史にも造詣が深く、知性あふれる文章だ。
2006年02月28日
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ぼちぼちいくか
はしがきを書いただけで、かなり疲れてしまった。ゆっくりやればいい。スケジュールが決められているわけじゃないから。 とにかく借りものじゃなくて自分の言葉で書くことにしよう。今まで他人の言葉で理解しようとしたところに無理があったのかもしれない。
2006年02月26日
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ないなら作るか
固体物理学を勉強したくても自分にあった教科書が見つからない。だったらＥＭＡＮみたいに自分で作ってみようかという気分になってきた。 半導体物理もちょうどいいのがないし、いっしょにやってみるか。そのためにこのブログを使ってみるか。 でもなんでちょうどいいのがないんだろう。
2006年02月25日
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いつも同じところで
黒体輻射のところは何回読んでもよく分からない。何を見れば分かるだろうか。ここをクリアできればかなりうれしいのだが。
2006年02月09日
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なぜ？
アメブロをやめた途端に順位が上がった。よくわからない。マラマニの仕業か？
2006年02月03日
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うむうむ
大木金太郎の一本足頭突きはカッコ良かった。
2006年02月02日
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そうなの？
“子牛の焼印押し”はスタン・ハンセンの技だと思っていたが、ネットで見るとディック・マードックの技になっていた。勘違いしていたかな。
2006年02月01日
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二月ですな
コリオリの力か。一回見たが頭に入っていない。連絡は今日来るかな。
2006年01月31日
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まだまだ
電磁気はまだまだねえ。一回読んだだけでは頭に入っていかない。凡人だからしょうがない。凡人といえば大木凡人は元気かな。
2006年01月31日
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やれやれ
電気双極子が作り出す電場と磁場の大きさの出し方を理解したい。 金儲けをしたかったら法律のグレーゾーンで仕事をすればいいのか。グレーゾーンがなかったら作り出すテクニックもあるようで。やれやれ。
2006年01月30日
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なんだかなあ
民放のニュースでは、ホリエモンが入れられている拘置所の風景をレポーターがまくし立てていた。世の中おかしいやつばかり。
2006年01月30日
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疑問
捕獲断面積は結局なんだろう？ 何をみれば分かるのだろうか。
2006年01月30日
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あまのじゃく
少し前にグローブのSRHモデルを見直したが、結構すんなりと理解できた。電子の放出確率の出し方を理解するのがキモかな。 もっと早くから理解してたら展開も変わったかもしれないが。でも頭が壊れていたから仕方がない。退社しなかったら多分SRHモデルを勉強しようとさえ一生思わなかったろう。 のんびりやればなんとかできる。のんびりじゃないとダメなのよね、あまのじゃくだから。
2006年01月28日
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学成り易くならんもんかい
もうちょっとその気にさせてくれる物理の参考書があったらいいのに。“学成り難し”はしょうがないことなんだろうけど。物理がもっとだれでも楽しく理解できる方法はないのか。やっぱり歯を食いしばらないとダメなのか。もっとうまい方法がありそうなもんだが。マジメ一本じゃきつそうだ。 シュポルスキーのもうちょっと入門版があればいいのにと思う。
2006年01月27日
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最近のニュース
ニュースではどこのテレビ局を見ても例の人のことばかり。 民放のニュースでは事件を紹介するときに、重々しいナレーションに、ハリウッド映画のような濃い音楽がバックに流れる。ニュースとワイドショウとあまり差がなくなってきているようだ。個人的にあまり好きでない。 “……このあと一体どうなってしまうのか？”（ジャジャーン、ズドドドンドン…） でも、これをやられるとどうしても見入ってしまうことも確か。なんかあんまり見たくないのについ見てしまう。なんかうまい方法はないかな。
2006年01月26日
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まだ寒か
久しぶりに走ったら寒い。顔と耳が冷たかった。 早く決まらんかなあ。犯罪だけは起こさんようにせんと。 ホリエモンはどうなるのかね。またしばらくしたら復帰してくるような気がするけど。
2006年01月26日
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やりなおし
今までのデータを消してしまったので、また最初からやり直しだ。たいしたものはなかったからいいけど。 ちょっとまたシュポルスキーはスピードが落ちてきた。素粒子物理をかじってみようかなとも思う。 しかし、今ごろなにやってるんだろうね、ほんとに。それがいいところなのさ。
2006年01月25日
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ブログ開始
今日から楽天さんのところでもブログを始めることにした。 こちらの方は、物理のことを中心に書いていきたいと思う。 だれか量子力学をわかりやすく教えてくれないかな。
2006年01月19日
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testpppppppp
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2006年01月16日
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