半導体デバイスとは、電子の流れを制御し、情報を処理・記憶する部品のことです。
スマートフォン、パソコン、自動車、医療機器など、あらゆる電子機器の中に存在しています。
電気回路において、抵抗・コンデンサ・コイルなどの受動部品に対し、半導体デバイスは能動部品（Active Device）と呼ばれます。

半導体デバイスの主な役割は次の3つです。

１．スイッチング（ON／OFF制御）：電子の流れを止めたり通したりして、情報を「0」と「1」に変換する。

２．増幅（Amplification）：弱い信号を大きくする。音声・電波・センサー出力などに利用される。

３．記憶（Storage）：一定時間または永続的に電荷を保持し、データとして記録する。

これらの機能を組み合わせることで、演算・通信・制御などの高機能な電子システムが成り立っています。

半導体デバイスは、制御方式の違いによって次のように分類されます。

・ 電流制御型デバイス：バイポーラトランジスタ（BJT）など。ベース電流でコレクタ電流を制御し、主にアナログ増幅や電源制御に用いられる。
・ 電圧制御型デバイス：MOSFETやJFETなど。ゲート電圧でチャネル電流を制御し、デジタル回路やスイッチング用途に用いられる。
・ 光制御型デバイス：フォトダイオードやフォトトランジスタなど。光を電気信号に変換し、光通信やセンサーで利用される。
・ 磁気制御型デバイス：MRAMやスピントロニクス素子など。電子スピンを利用して情報を保持し、不揮発性メモリやAI素子に応用される。

電気回路における素子は、次の2つに大別されます。

・ 受動素子（Passive Device）：外部エネルギーを消費するだけの部品。例として、抵抗・コンデンサ・インダクタがある。
・ 能動素子（Active Device）：外部入力を制御・増幅・変換できる部品。トランジスタ、ダイオード、ICなどが代表的。

半導体デバイスは、この能動素子の中心的存在です。

半導体デバイスは、扱う信号の種類によって次の2つに分類されます。

・ アナログデバイス：電圧や電流など、連続的な信号を扱う。代表的な例はBJTやオペアンプ。
・ デジタルデバイス：0と1の離散的な信号を扱う。代表的な例はMOSFET、CMOS、ロジックIC、メモリ。

現代の電子機器では、アナログとデジタルが共存しており、たとえばスマートフォンでは音声や映像（アナログ信号）と通信や演算（デジタル信号）が融合しています。

半導体デバイスは、以下のような階層構造で理解できます。

・素子レベル（Device Level）：PN接合やMOS構造など、基本的な物理素子の動作を理解する段階。
・回路レベル（Circuit Level）：複数の素子を組み合わせ、論理回路や増幅回路を構成する段階。
・システムレベル（System Level）：CPU、メモリ、通信チップなど、複数の回路を統合した複合機能モジュールの段階。

研修の初期段階では、まず「素子レベル」での理解を重視します。

半導体技術は、次のように進化してきました。
・ 1970年代：BJTが主流。
・ 1980年代以降：MOSFETが主流に。
・ 2000年代：FinFET構造による3D化が進む。
・ 2020年代：GAA構造やナノシート構造、さらには量子素子の研究が進展。

この進化の方向性は常に「より小さく、より速く、より省エネ」です。

・ 半導体デバイスは、電子の流れを制御して信号を処理する能動素子である。
・ デバイスは電流制御型、電圧制御型、光制御型、磁気制御型などに分類される。
・ トランジスタはあらゆる電子機器の心臓部といえる。
・ 進化の中心は、微細化と新しい物理原理の活用にある。

１．半導体デバイスの3つの基本機能は何か？

２．BJTとMOSFETの違いは何か？

３．アナログとデジタルデバイスの違いは何か？

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません。