半導体の話。(随時編集中)
半導体はかなり奥の深いテクノロジーなので、自分なりに調べてまとめた後の見解をここで載せます。
常に更新するので、間違った情報ばっかりだと思いますがよろしくお願いいたします。
ちなみに、半導体と言われてもヘッダーの画像(コンピュータの脳みそであるCPU)のイメージを湧いてしまう人が多いと思うが色々ある。
半導体について、経産省と世界半導体市場の認識だと以下のようになる。
経産省の認識
世界半導体市場
半導体の歴史
半導体の原理
半導体は導体と絶縁体の状態になれる物質
導体は金属(鉄、銅、銀、金、アルミニウムなど)のような電流を流せる物質のことであり、絶縁体は油、ガラス、ゴム、セラミックのように(理想的には)電流を流さない物質のことである。その両方の性質を兼ね備えた物質のことを半導体と呼ぶ。
絶縁体のように電気を流さない状態のことをハンディキャップが大きいと呼ぶが、半導体はハンディキャップが小さく不純物を混ぜることによって電子や正孔の流れを制御できるようになる。
N型半導体とP型半導体
純粋なシリコンやゲルマニウムの結晶の性質は絶縁体に近く、電気を流してもほとんど通さない。ここに不純物を混ぜることによって半導体が生成される。
N型(Negative)半導体 電子の流れを制御できる半導体。電子が多いリン(P, 電子数:31)を混ぜることにより生成される。
P型(Positive)半導体 正孔の流れを制御できる半導体。電子が少ないホウ素(B, 電子数:3)を混ぜることにより生成される。
N型とP型を接合することにより、電界の向きによって電流が流れたり流れなかったりする「整流作用」が発生する。
半導体の製造過程
半導体設計
半導体前工程
半導体後工程
参考資料
https://www.seaj.or.jp/file/process01.pdf
半導体の技術革新
半導体の将来
半導体製造は海外勢が非常に強く、国産半導体メーカーを生み出そうという日本政府の動きが近日活発している。
政府提携企業「Rapidus」がその一番である。なぜ日本政府がこのようなグローバルなメーカーを生み出すのに協力的なのかそのあたりの答えにつながることもまとめておいた。
それから、今後、消費電力の抑制対策なしで半導体を増やしていくと、2020年代の現在で24PWhなのが、2030年になると42PWhを超え、2040年になると5000PWhと凄まじい消費電力量となる。このままでは、世界全体で生み出されるエネルギーの全てを情報関連で消費してしまうこととなり、持続可能な社会の実現には程遠い。そのため、将来的な情報化社会に伴い発生する消費電力の問題について考えておく必要がある。
https://www.jst.go.jp/lcs/pdf/fy2018-pp-15.pdf
Society5.0
Society5.0という言葉を聞いたことがあるだろうか。IoT化により、身近に情報機器が導入された社会。あらゆる機器がセンシング機能を取り込み、データを常に収集、データベースに記録する。得られた情報を元に解析が行われ、人間にとってより便利な生活を送れるようにする。
その中で情報の通信がより高速に低遅延、高信頼性を保持する技術が求められるようになる。
そのための新技術を日本が先取りしようという意図のもと、日本政府が舵をとっているわけである。
インフラを整えるためには先に技術を開発した企業が独占できるのはこれまでの経験から知れている。より迅速(rapid)に技術を開発しようという目的のもと、Rapidusが誕生した。
世界の半導体メーカーと取引企業
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