半導体結晶とエネルギーバンド （ #半導体 #エネルギーバンド）

「半導体デバイスの基礎」 という教科書の続きで、結晶内の共有結合とエネルギーバンドについての定性的な解説を読む。 まとめると．．．

１．原子がたくさん集まると、共有結合やイオン結合というメカニズムが作用して、結晶ができる。

２．結晶の中では、電子のエネルギーが、一定幅（バンド）に広がって存在するようになる。

３．シリコンのような半導体では、複数のバンドがあるうちの、一番高エネルギーのバンド（価電子帯）が、一原子あたり４個の電子で埋まっていて、その価電子帯の電子が共有結合状態を形成している。

４．通常の温度だと、価電子帯の電子の一部 （総電子数の 10 の -14乗） が、価電子帯よりもさらに高いエネルギーバンド （伝導帯） に跳ね上がる現象が連続的に起きていて、その伝導帯のパワーを持った電子は、共有結合の束縛から解放されて、結晶内を自由に動き回れるようになる。

といった理解をした。 もっとも、電子のエネルギーが決まる原理とか、共有結合の量子論的な説明とか、ろくに分かっていないので、上記の議論は天下り的に受け入れるしかない。 その辺、ちょっと心もとないので、いずれまた勉強し直したいと思う。

総電子数 に対する伝導体の電子数の割合が、10 の -14乗 （ 100 兆分の１） しかないというのは、少し意外だ。　普段、パソコンを使っていると、CPU の中で結構な電流が流れているはずで、それは伝導体の電子が担っているはずだ。 ところが、その個数は、CPU内部の半導体に含まれる電子数を日本の国家予算とすると、たった１円相当の電子ということになる　．．．．本当か？

右図は、走査型トンネル顕微鏡による、シリコン結晶の画像。
電子雲（伝導帯または価電子帯 ）の表面の形が、
トンネル電流の大きさ（陰影）に反映されていると思われる。

半導体デバイスの基礎 （ #半導体 #ボーア模型）

前回、半導体の原理的な理解をしようという、ずいぶん面倒くさい課題を設定したわけだが、とにかく地道に教科書を読むことにする。

「半導体デバイスの基礎」 という ３巻組の本で、相当な量がある。 量があるのは、原理的なことを、かなり事細かに数式の展開も含めて説明しようとしているからで、これは 「理解したい」 という意図で読むには、とても親切でありがたい。

ひとまず、前期量子論の原子モデル（ボーア模型）の説明を読む。 半導体の原理は量子論を基礎としているので、その解説から入っていくらしい。　それにしても道は遠い。

　　　　　　　水素のボーア模型
　　　　

ロボットカーの基礎は半導体 （ #Arduino #半導体）

「ロボットカーがコース上を走る」 という動作を分析すると、次のようなことになっている。

１．車体前方の赤外線 LED（右図）が下向きに発光する。
 
２．黒い板と白いテープの赤外線反射率の違いにより、
　　赤外線センサー（右図）の出力電圧が変化する。
 
３．赤外線センサーの出力電圧に対し、一定のしきい値を基準に
　　High/Low 電圧が Arduino 基板に入力される。

４．Arduino 内部のプログラムにより、センサーからの信号に応じて、モータの制御信号（クロック）波形を変化させる。

５．クロック波形に応じた電流がモータに供給される。
６．電流により、モータが回転する。

この開発キットの場合、上記 1～3 および 5～6 の機能は、既に作りこまれているので、ユーザ自身が考えて手を加えるのは 4 のプログラム部分である。　Arduino は誰でも使える、というのが売りなので、これはこれで良い。

ただ、今後の方針なのだが、ハードウェア部分、それも最も基本的な CPU など半導体そのものについて知識を深めたいと考えている。 システムを作りこむ作業ではなく、書籍ベースで半導体の原理的な理解を積み重ねる、という地道な作業を行うことになる。 果たして挫折せずに続けて行けるか、少々心もとないが、以前から一度は取り組んで見るつもりだったので、これから何とか頑張ってみたい。

ロボットカー ( #Arduino #OSOYOO #ROBOTCAR )

Arduino 開発元では「誰でも Arduino を利用できるようにする」というビジョンを掲げている。 実際、そのビジョンに沿って、非常に多くの開発キット類が販売されていて色々興味深い。 今回はその中から 「ロボットカー」 というものを使って、いくつか実験をやってみる。　元々は、会社の技術研修で使えるようにするのが目的なのだが、もはや半分趣味でもある。

購入したキットは OSOYOO というブランドの 2WD ROBOT CAR STARTER KIT というものである。OSOYOO という耳慣れない名前は、カナダ南西の Osoyoos という町の名前に由来するらしい。 メーカは、カナダのリッチモンドの Pinetree Electronics という会社である。 工場は中国の深圳にあるようだ。

とにかく組み立てて、走らせてみる。　黒いプラスティック段ボール板の上に、白いビニールテープを適当に貼ってコースを作り、その上を自動的になぞって走るように、プログラムを書く。 見た目、あんまりスムーズではないが、まあまあコースから外れずに、ぐるぐる走り続けることができた。 もっと広いコースで、思いっきりスピードを上げて走らせてみたいが、いつかできるだろうか。

Arduino = 阿爾杜伊諾 ( #Arduino #台湾 )

台湾への物見遊山も終わった。 また地味な生活に戻るのは少し寂しいけれど、しかたがない。

これからしばらく Arduino という製品名の CPU基板を扱うことになるので、まずはその名前について思いついたことを書いてみたい。

Arduino はイタリアで開発された製品で、開発者達が良く集まっていたカフェ（バー）が Arduino という店名だったことに由来する。（Wikipedia）

また Arduino というのは、中世イタリアの王の名前でもあって、今でも人名として使われるらしい。 本来は「勇敢な友」という意味の言葉だそうで、もし日本人の名前にするとしたら「勇友」という所だろうか。 面白いもので、実際にそういう名前の人が結構いるらしい。

中国語だと「阿爾杜伊諾」という音訳があるけれども、普通は Arduino と書くことが多いようだ。 例によって、台湾の教科書を探してみる。（深い意味はない。） 画像は、どちらも工業高校向けの教科書で、左側はプログラムの文法の解説と設計実習書。 右側は、LEDや液晶などを利用した応用プログラムの実習書。それぞれ Arduino 基板を使って実習を行う内容となっている。


右の写真は、これから作業予定の Arduino 基板。（互換品）

台北の雪花冰 2023-10-08

台北に戻って来た。　10月なのに、梅雨のように蒸し暑い。　そこでかき氷。　ふわりとしたかき氷の上に、マンゴー、キウイ、レッドドラゴンフルーツ、柔らかいミルクゼリーが乗って、もう言うことない。 うまい。

嘉義の駅 2023-10-07

現在の嘉義の駅舎は、日本統治時代 1933 年に改築されたものだそうで、背洋風の窓の形や、色合いなども洒落れている。 新幹線（高鐵）の駅が離れた場所にあるので、結果的にそのままになったのかもしれないが、何とかこの建物は壊さずに残して欲しいと思った。

台湾は果物が美味しい。写真は、スーパーマーケットで
買ったドラゴンフルーツ 40元。市場で買えば安いと
思うけど、やっぱり切ってあるのは便利。

嘉義の豆花 2023-10-06

嘉義という所に来た。人口27万の都市。 何だか非常に活気がある、ちょっと東南アジア風の、決して綺麗とはいえない街並みだけれど、雑然と並ぶ道端の商店が息づいている。 写真は共和路という市場。 近くの豆花の店で、タピオカと緑豆の豆花と花生（茹で落花生）の豆花。 どちらも、さっぱりした甘さで、ふんわりとした豆腐が中々おいしい。　なるほど、台湾の食べ物のおいしさは、見た目では分からないのだな。

鸭舌 2023-10-05

見たこと無かったので、いったい何なのか全くわからないというか、ちょっと不気味。

日本では高級中華料理らしいが、台湾だと道端の屋台で普通に売ってるアヒルの舌の甘辛煮。　現地では「鸭舌」と書く。

10個 30元（140円）で、ビールにぴったりなのだ。

九份 2023-10-04

台湾の九份に来た。  前回、FPGA の中国語訳のことを書いたのだが、こっちに来たのは FPGA とかは全く関係ない。 ただの物見遊山なので、有名な阿妹茶樓にも行ったりする。　なるほど外観は確かにインパクト抜群なのだが、中の雰囲気は、うーん特にどうということはないかな。お茶は、おいしい。