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日々お伝えしているニュースや話題の中から一つのテーマに絞って、専門家や当事者に話を聞く週替わりの特集コーナー、
Weekly Close Up。スマートフォンやパソコン、家電、自動車など私たちの暮らしを支える製品に欠かせない半導体。
世界最大とも言われる半導体自宅製造企業、TSMCが熊本に工場を作ったことでも話題になりましたが、
今、もう半導体という言葉は聞きなじみのある言葉になっていますよね。
ただ、その半導体ってどういうものなのかよくわからないという方も多いかもしれません。
そこで今週は、いまさら聞けない半導体の世界というテーマでお送りします。
今日は、ズバリ半導体とはというテーマです。
九州大学名誉教授、安浦寛人さんです。
安浦先生、おはようございます。
おはようございます。
まず、半導体ってそもそもどういうものなんですか。
電気を通しやすい物質と、これは導電体、導線なんかがそうですけど、
そういうものと電気を通さない絶縁体、ゴムとか陶器とか、そういうものがありますよね。
もう、導電体にもなるし、絶縁体にもなるっていうのが半導体です。半分導体という。
そういう意味で、その性質が、しかもどっちになるかっていうのをその時その時コントロールできると。
スイッチだと思ってもらえればいいかもしれません。
トランジスターとかダイオードとか呼ばれるものが基本的な半導体素子です。
内容はシリコンやゲルマニウム、あるいはいろんな加工物で作れるわけですけど、
最近は有機な物質でも作れるようになっています。
今、半導体と呼ばれているのは、トランジスターを1センチ角の上に、
だいたい数十万個から数百億個国体した半導体集積回路というものを、
短めて半導体と言っていることが多いです。
そのほとんどはシリコンで作られています。
シリコンというのはそんなに珍しい物質ではなくて、
その辺にある石とか砂とかは全部シリコンを含んでいますし、
一期以上でも最も多い物質の一つです。
ですがそのシリコンを純粋な結晶にしないといけないので、
これは結構厳しい技術が必要ですね。
実際、我々の生活では半導体にどういうふうに支えられているんですかね。
我々毎日スマホを使ったり、パソコンを使ったり、
デジカメを使ったりしていると思いますが、そういうところには全部使われていますし、
実行車、電車、飛行機、これも全部半導体をたくさん使われています。
それから家の中でもテレビとか洗濯機、掃除機、電子レンジとか、
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家電製品には必ず入っていますし、電力システムとか水道のシステムとか、
通信システムとか、そういう社会インフラもほとんど半導体を使っていないところはない。
家庭や職場で我々が使っている電気製品の中で半導体が入っていないものを探す方法が難しいです。
それぐらいもう我々の身の回りに溢れているものなんですね。
ただその半導体を作っていく半導体産業ってどういう構造になっているんですかね。
設計、前工程、後工程と呼ばれる3つの工程があるというのをお聞きになると思います。
これはある種の印刷技術と思ってもらったらいいと思います。
で、多色摺りの向上の世界をちょっと想像していただきたいんですけれども、
設計がその原画を描く葛飾北斎とか北川宇多丸のような絵師の仕事ですね。
それが設計。
前工程がその原画をもとに多色摺りの各色に合わせた版木をたくさん作りますけれども、
それを作ってそれに異なる色の絵の具を塗って繰り返し紙に擦っていく作業。
これが前工程。
浮世絵では彫り師とか擦り師とか呼ばれた人たちですね。
後工程はそれでできた版画を検査して色ずれとかがあるものは不良品を除いて、
売れやすいように製本したりする、そういう工程と思ってください。
それが後工程。
実際はシリコンの薄い板、ウエファーと呼びますけど、
これは今、TSMCの工場なんかで使われています。
直径30センチの大きな鏡みたいなもので、
その上に同じ回路をたくさん印刷して、
それから1センチ角程度のシリコンチップというものを切り出して使います。
一つのチップに先ほど言いましたように、数百億個のトランジスターが複雑に接続されて、
最先端のものでは印刷する最小の線幅が3ナノメーター、
つまり髪の毛の1万分の1くらいの太さのものです。
そんな細かいものなんですね。
シリコンチップ上に載せる回路を設計する工程が設計工程です。
複雑な機能のコンピューターとかメモリーとかを複数組み合わせて回路を設計して、
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シリコンチップに印刷するための現場を作る作業になります。
数百億トランジスターの回路を人手で設計するわけにはいかないので、
コンピュータープログラムをソフトウェアを利用して、
自動的に設計作業もやるんですけども、最後は設計者の腕が勝負になります。
最後はやっぱり人なんですね。
ソフトを使いこなす人ですね。
次が前工程になりますけど、これは設計された回路のパターンを
フォトマスクと呼ばれるガラス板の上に現場として載せて、
上からレーザー箱を当ててシリコンのウェファーの上に影を写していくと。
ウェファーの上には乾燥剤、レジストと呼ばれますけど、
それが塗ってあって、乾燥した部分と乾燥していない部分で
設計のパターンが写し込まれる。
その乾燥した部分だけをエッチングで掘って洗って、
また新しい膜を作って、次のレジストを塗って、
別のフォトマスクを当てて、それに光を当てて複雑な回路を何十回も繰り返して、
シリコンウェファーの上に作っていくという作業になります。
これが前工程です。
いかに微細な線を作れるかが前工程の肝だと。
いろんな微細加工の機械や化学物質が使われますが、
今回、TSMCの熊本の工場では22nmの回路が基本的に作れると。
今、北海道で国産の最先端を作ろうとラピダスがやっていますが、
あれは一気に2nmのものを狙っています。
台湾ではTSMCが2nm完成して工場がほぼ出来上がろうとしています。
台湾で作ろうとしているわけですね。後工程は?
後工程はウェファーからチップを切り出して、
各チップが設計通り動くかどうか不良品もありますので、
それを弾いてプラスチックやセラミックのパッケージの中に入れて、
外部と通信するために端子を出さないといけないので、
その端子を出す工程になります。
後工程の肝はどんなところですか?
ものすごい電力を消費しますので、熱に強いということも重要な問題です。
そうやって作られていく半導体ですが、
その半導体産業の市場は今どうなっているのか、
この辺りの話はまた明日伺いたいと思います。
今日はここまでありがとうございました。
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どうもありがとうございました。
今さら聞けない半導体の世界というテーマで、
九州大学名誉教授・安浦博人さんにお話を伺いました。
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