半導体とはなんぞや？いろいろとゆる～くお話しいたします。

まえがき

おつかれさんどす(๑´▿`๑)

もうちょっとでオウチ帰れる( ｰ̀ ༥ ｰ́ )

4ヶ月ぶりに我が子らに会える。

長男は入園しておしゃべりも増えてきてるようね。

長女はお絵描きがしっかり何書いてるかわかるようになってきましたよ(′･ω･)φ

帰ったらクソ甘やかす予定です(≧∇≦)

……相変わらず嫁さんは鬼怖いですがね。

髪もバリ伸びてウザイ。

乗船中、髪は切らないと決めてるのでね。

帰ったらオシャレな髪型にしてみようかな～

…どうでもいいですね（＝＝;）

本日は、〖半導体〗について少しお話しいたしますね～

興味を持ってアナタなりに考えてもらえたら幸いです。

ぢゃいってみよ～(*´∀｀)ノ

半導体とはなんぞや？

半導体(はんどうたい)

電気を良く通す金属などを〖導体〗と言い
電気をほとんど通さないゴムなどを〖絶縁体〗と学校で習いましたよね。

これら導体と絶縁体の中間の性質を持つ物質や材料のことを半導体と呼びます。
主に〖シリコン〗が半導体物質として有名ね。

電気を通したり通さなかったりする物質が半導体。

これは………………アナタの欲しい答えじゃないでしょ？

わかってます。

アタマの良い人は質問した人の真意を汲み取らないで、す～ぐ意地悪な回答をしがちだが。

アタシャ…アタマの良くない一般市民なので意地悪はしませんよ。”٩(ｰ̀ꇴｰ́)

わかりやすくお話し致しますね‪(◜ᴗ◝; )

最近よくテレビで
「半導体不足」とか、
「半導体はスマホや身近ないろいろなモノに使われてます」
とか言ってるでしょ？

その際に使う半導体って言葉は〖半導体集積回路〗の事。
これを略して〖半導体〗と言ってるからワケわからんくなる人が沢山いるのよね。

だってさ、

〖半導体〗からイメージするものは電気を通したり通さなかったりする物質でしょ？

…シリコンなどが先にアタマに浮かんで来て、
「シリコンがスマホや家電にたくさん使われているんだな～」

とか
「シリコンが足りないからプレステ5や家電はなかなか値が下がらなかったり入荷待ちが多いんだなぁ～」

…………つかさ、

シリコンて大人のおもちゃに使われているプニプニしたやつでしょ？(　´∀｀)σ)Д｀)ﾌﾟﾆ

？？？？？

スマホやゲーム機や家電、EV車のどこにプニプニシリコンが使われてるの？•́ω•̀)?

などと考えているウチに………アタマがこんがらがってきて…
めんどくさくなって思考停止するか、ネットでググるハメになる方が多いと思います。

更に…ググッてもアタマの良い方は記事の中で半導体の説明を難しく持っていきがち(´°‐°｀)

記事を読んでも〖半導体〗のモヤモヤ感はなかなか抜けないよね。

プニプニのエロいヤツがアタマにいるから…

よく、カッコつけて「今、半導体が足りないからな～」とか言ってる人に『半導体って何？』ってズバリ聞いてみても…わかりやすく要点を掴んでしっかり答えられる方はかなり少ないと思われる。

これね、日本語の悪いところでね…略すとこ次第でイメージがガラッと変わる（т-т）

英語のニュースを聴いていると…外国人さんは〖半導体〗の事を〖チップ〗と言っています。

バイデンさんも〖チップ〗と言っています。

〖半導体〗が足りない
と言うより
〖チップ〗が足りない
と言った方が大概の方はシックリ来るでしょ？

半導体→シリコン→大人のおもちゃ
のイメージでは無く

チップ→ICチップ→小さい四角いヤツ→集積回路

の方が身近な電化製品にたくさん使われているイメージがしやすいよね。
〖半導体集積回路〗を略して〖半導体〗と言っていて、

いちばん重要な〖集積回路〗を略して言わないからアタマが混乱している方が多い。

こういう事です。

日本人の専門家も〖半導体〗と言っている人が多数ですが、中には〖半導体チップ〗と言う言葉を使ってちゃんと半導体と半導体集積回路とのニュアンスの違いをしっかり区切って万人にわかりやすく表現している方も少数います。

まぁ…半導体集積回路も電気を通したり通さなかったり制御して使うモノなので、
半導体の性質とほぼ一緒だから半導体と言っても差し支え無いのかな。

アタマの悪い僕にはわからないが………。

半導体ってなに？さらにイメージしやすく

じゃあまずは…いかがわしいエロ妄想から解き放しとこうね。(‬‎𖦹.𖦹)

半導体に使われているシリコン

半導体チップの素材に使われているシリコン。

シリコンは元素名で、このシリコンを加工した素材(ケイ素樹脂など)をシリコーンと言います。

シリコンは自然界には存在せず、ヒトが作り出したモノ。

そのシリコーンをシリコンと呼ぶかシリコーンと呼ぶかはどっちでも良い。
〖いばらき〗か〖いばらぎ〗くらいどっちでもいいが、気にする人は少数いる程度。(茨城県民以外の県民はどうでも良いと思ってる的な)

シリコンは加工のヤリ方次第で硬いものからドロドロ、プニプニ、ベタベタ等いろんな形状の素材になり、
あのプニプニしたエロい物質は珪石(ケイ素)から金属シリコンというものを作り出し、金属シリコンを更に加工して〖シリコンゴム〗という化合物素材に変化させて誕生した製品です。

ホームセンターでよく見かける接着剤などに使うシリコンコーキングなどもシリコン樹脂の仲間。

つまり、半導体チップに使われてるシリコンと、エロぷにシリコンゴムは
元の素材はシリコンなんだけど加工の仕方が違う別物っちゅー事ね。(　˙▿˙　)☝

半導体チップの基板として使われているシリコンは、自然界にある珪石(ケイセキ:SiO2)という白い石をアーク炉にぶち込んで溶かして還元(O2をとっぱらう)し、硬い金属シリコン(Si)にして

この金属シリコンを精製して更に純度を上げ、インゴット化した〖多結晶シリコン〗にします。
純度はイレブンナイン。9が11個％:99.999999999％

コレを更に精製して〖単結晶シリコン〗にしたモノ。

↑単結晶シリコン↑

この単結晶シリコンを円柱型に成形して
厚さ1mmに丸くスライスしたモノを〖シリコンウエハー〗と言います。

↑シリコンウエハー↑

シリコンウエハーは半導体チップの基板として使われていて、半導体関連のテレビ等で
丸くてCDみたいにピカピカしている円盤の形をしたモノがでてきますよね。

アレです。

アレに半導体チップがたくさん刻まれていて1個1個カットされてそれぞれいろんな回路基盤に組み込まれて使われているようです。

ちなみにシリコンウエハーのウエハーはお菓子のウエハースからきてる模様(´・ω・｀)

ウエハースは2枚以上の板で挟んであるからウエハーS(複数形)
シリコンウエハーは1枚板だからウエハーみたいな感じ。( ^^)／＼(^^ )

ウエハーなのかウェハーなのかもどっちでも良い。

ここまで読んでもらえたらきっと…………
いかがわしいエロ妄想は消えてるはず(ﾉ▽＼*)

では次に、なぜ半導体チップの素材として珪石(ケイ素)が使われているかだけど、

・地球で2番目に多い元素のため、資源がたくさんある。(枯渇、環境破壊しない)

・不純物を取り除きやすくて高純度化しやすいから、電子の走行時間が速くなる。(処理速度up、安定)

・単結晶化と不純物の量を調整して、抵抗率の制御がしやすい。(意図したものができやすい)

・安定した酸化膜ができ、集積化などの加工がしやすい。(積み重ね、多段構造しやすい)

これらが主な理由ね\( ´˘`)/

半導体チップとは

テレビやニュースの話題によくあがる半導体とは半導体チップ(シリコンチップ)を使った集積回路の事だとわかってもらえたかしらね•́ω•̀)?

伝え方があまり上手くないので不安だが‪(◜ᴗ◝; )

次に、チップの構造の話をわかりやすい表現でお話ししていきますね。

小さく。さらに小さく(回路の話)

卓上計算機。知ってますよね。

ミナサンが事務仕事などでよく使う計算機です。

ひと昔前まではソロバン使ってたのよ( ´ ▽ ` )

ソロバンは使う人それぞれスキルの差が出て間違えや計算時間もバラバラ。

そこで人類は計算機を作ろうと考えた。

人類初の計算機の大きさは？

デカっ(；´Д｀)

ソロバンよりはるかにデカっ( ´ཫ`)

もはや…コントみたいだな（＝＝;）

金もコストもスペースもソロバンよりかかるので、更に改良進化。

コイツが進化を重ねてサイズがどんどん小さくなって今の使いやすいサイズの計算機になった。

お値段もピンキリだが…1000円出せば余裕で手に入る。

計算機を分解したら、中に回路基盤が入ってますね。

デカかった機材を改良して手のひらサイズの回路基盤まで小さくする事に成功し、
お値段も安くみんなが使いやすい大きさにできたという事ですわ\( ´˘`)/

じゃあさ、この卓上計算機をさらにうんと小さくできるのか？

できます。
でも小さくしすぎたら逆に使えないでしょ( ´∀`)ﾊﾊﾊ

つか、現在は回路基盤、計算機本体すら消し去ることができてますよね？

わかりますか？

スマホのアプリとして影もカタチも無いでしょ？

卓上計算機持ってなくても携帯電話(スマホ)があればアプリを入れて誰でもカンタンに計算できるよね(￣▽￣;)

計算機アプリを消したらスマホで計算できなくなるでしょ？(￣▽￣;)

っちゅー事は？

ばかデカかった昔の計算機は…
今ではデータ化されて電波となって目に見えずに、お空を飛べる。

しかも、計算機アプリは0円でインストールできるでしょ(´▽`) ‘` ‘` ‘`

すげーよね？

それじゃ～ぼちぼち半導体チップの話に戻ります。

半導体チップはいろんなデータを記憶、保管したり、出したり入れたり、変換したり、制御したりいろんな用途で回路に組み込まれて使用されてます。

回路基盤がたくさん集まってギュギュッとまとまって超小さくなったモノです。

イメージとしては…(わかりやすく極端に書くよ)

コチラに回路基盤が1枚あります。

この基盤には画像を1つ保存、管理できるものとしましょう。

2つ保存したけりゃ2枚用意してつなげないといけませんよね。

当然2枚分のスペースが必要。

ヨコに並べたら場所を取るので…重ねてつなげてみました。

3枚、4枚、、5枚……と重ねていくうちに保存できる容量は増えたけど1枚分のスペースでも高さが増してデカく、重たく、消費電力も大きくなっていきます。

これじゃいかんので大きくなるのを解消するために、回路基板の大きさを機能はそのままに小さく小さくしていきます。

小さくした基板を100枚分積み重ねて集積回路(IC)が1個誕生しました。

集積回路1個で100個の画像が保存、管理できるようになり、最初の回路基盤1枚分の大きさよりかなりコンパクトにできました。

更に集積回路を2分の1の大きさにできれば
1個分のスペースに2つ使えるので性能は倍の200個分の画像が保存、管理できそうです。

さらに2分の1のサイズにできれば1‪✕‬2‪✕‬2の4倍。

さらに小さく、小さく、小さくしていけば…………性能は4倍、8倍、16倍、32倍、64倍、128倍、256倍、512倍、1K倍……1M倍………1G倍……1T倍……

電気回路を動作をそのままに小さく小さく極小化していくことを〖集積〗と言います。

2023年現在の加工技術での最小サイズは2ナノです。

半導体チップの作り方はシリコンウエハーに熱処理で酸化膜を作り、
光を当てて回路を転写して
薬液やプラズマ、ガスなどでエッチング(削って)してミゾを作り、
削ったミゾに金属の気体を吹きかけてミゾを埋めて、
更に平らにして～
の繰り返しで複雑な回路を立体的に作っています。

半導体チップには無数の部屋とソレにつながる無数の廊下が立体的にたくさん刻まれていて

部屋の中にあるデータを出し入れするためには電気信号が正確に廊下(回路)を行き来しないといけない。

ウエハーに削る回路を光を使って転写するワケだから
削りカスやゴミクズが付いて転写の邪魔しないように手術室よりも超クリーンな、微細なホコリひとつ無い部屋〖クリーンルーム〗で
最強の洗浄技術や空気清浄技術などを使いながら
最先端の精密機械を使って半導体チップは作られているんですよ～(´-ω-)

シリコンウエハーの厚さは1mmですから…
2ナノの加工技術なら…ちっさな回路基板を何万枚分重ねたスペックと同等のチップが作れるんじゃ～！？

って感じですねヾ(=д= ；)

ちなみに2ナノって…1ミリの50万分の1っス。
ウイルスとかと同じ
またはそれ以下のサイズの加工技術。
ミクロの世界。

加工するのは機械ですけど、
小さなチップにどういうふうに廊下や階段、データが入るお部屋を配置するのかは
チップの用途別に人間のチップデザイナーさんが考えて設計してるんですよ_(　_´ω`)_ｽｹﾞｰ

半導体チップは半導体で作られている集積回路の総称であって

CPU回路に使う半導体チップ、画像を管理する回路に使う半導体チップ、計算に使う半導体チップ、映像として画面制御するチップ、音声用、カメラ用………………用途別にたくさん種類があるからデザインも変わってくるよね。

話変わるけど…
世界最小のクルマの24時間耐久レースでは、
たしか…
1.7～1.8ナノくらいのサイズの日本のクルマが1030ナノくらい走って優勝したと記事で読んだ記憶がある。(￣▽￣;)

半導体と世界

次に、半導体チップに関わる世界情勢を初歩レベルでサラッと浅くお話しいたしますね～

半導体、日本はどんな感じ？

ちょっと前までね…半導体チップの売り上げ額と世界シェア率なんかは1981年に日本が70％になるなど
世界的に日本はほぼトップだったのね。

でも、半導体チップをミサイルとか軍事目的な使い方に重きを置いていたアメリカさんが
自国の兵器に日本製のチップが使われる事での危機感や、
半導体チップで儲けて勢いづく日本経済を恐れて

日米半導体協定(1次、2次)

というヤツを一方的に締結していろいろ決め事や制裁、関税を日本にかけて、

日本の半導体産業を1986～1996年までの10年間押さえ込んじゃったの。(詳しくは長くなるので書かないが)

10年間アメリカさんに抑え込まれた挙句…
半導体開発の波にも乗り遅れた日本の世界シェア率は現在2％くらいだったかな( ´ཫ`)

でも、半導体チップを作る過程で必要な〖洗浄〗などの技術は日本が強いので、
生産とは別な形で半導体産業に食らいつく術はしっかりもっている。

復活の期待はある。(´-ω-)ｳﾑ

最新技術のアメリカ

アメリカは半導体チップを作る上での最新の技術力、開発力共に最強。

だが…生産コストを下げるために国外にシリコンの加工や半導体チップの生産を依存してきた。

メイドインアメリカの半導体チップを作るために国内で大きな生産工場を建設中。
半導体関連事業に6兆円の国家予算を組んで投じるようだ。

同じく半導体開発生産に力を入れている中国に半導体協定をぶちカマして日本のように失速、脱落させようと企んでいる。

生産力の中国

〖中国は世界の工場〗と言われてるだけあって、
モノを低賃金、低コスト＆大量生産できるので、多くの企業が中国に工場をもっているのは知ってますよね。
よって製品の生産能力が高い中国。

だが、半導体に関して最新の開発、技術力が乏しいので…
10兆円もの巨額な費用を投じて技術力向上や生産力などの爆上げを推進している。

半導体を制すれば何百兆円もの利益を産む。
金銀宝石よりはるかに価値のあるモノだけに
目の色変えて戦争も辞さない勢いだろう。

アメリカが日本を抑え込んだみたいに半導体協定で圧力をかけようとしているが…
平然と突っぱねている。

意外と知られていない台湾

↑チップはほぼ台湾製↑

現在、半導体チップの生産でトップを占めているのはアジア圏で、その中でも台湾製の半導体チップが1位だ。

国外から生産を受注し、作って輸出して…シェア率はトップ。

間違いなく台湾の主力産業で半導体関連で働く人は16万人以上。
莫大な銭が動いている。

中国が武力的な有事を起こしてまで台湾を中国の一部として取り込みたい最大の理由は

何を隠そう…

世界トップのシェア率を誇り、莫大な富を得ている台湾の半導体産業を自国のものにして更に巨万の富を得たいがためである。

元々台湾は中国だったから取り戻すのは当然。
的な事を言ってはいるが、
いの一番に欲しいモノは台湾領土では無く半導体が主だろう。

台湾の半導体産業を入手できたら
中国は軍事、経済、産業…いろいろな分野を半導体チップで得た利益と自国産の半導体チップで強化でき、無双状態になりえるので、

同じく世界のトップに君臨したいアメリカさんが必死に台湾を守ろうとしているのです。

台湾有事〇日本有事△？

中国が半導体欲しいから台湾が危ないのはわかってもらえたかな( ˘•ω•˘ )

中国さんは多分、ロシアさんの今の進行の様子を傍観しながらせっせと世界の情勢をリサーチして
台湾侵攻と中国、台湾への世界各国の対応をシミュレーションをしてるかもね～

その結果、得だ。制裁も乗り切れる。世界大戦低確率。
などと判断されたら高確率で台湾を無理やり中国の一部にする為、行動を起こすかもね（т-т）

日本への軍事的な有事は…………と言うと

日本が占領されて中国になったら…
韓国は四方を囲まれたうえ孤立して危ないので、日韓は同盟。

アメリカもほぼアジアから締め出されたうえ
緩衝地帯の日本が無くなるから
6～8割は日本と一緒に防衛してくれるかも。

ロシアさんはライナさんへ進行成功なら中国加勢気味か北方領土から北海道へ更に圧力をかけてくるか？失敗ならほぼ傍観。

とすると……なんだかんだして
台湾の半導体産業を手に入れても、
日本を攻めてしまえば半導体を買ってくれそうな周辺の先進国を敵にまわしてしまい………………

〖中国の半導体は買いません〗と言われたり、
大きな戦争が起こり
金儲けどころか戦争出費の方がデカくなったり
世界の経済が混迷して最悪モノが売れなくなったりするかもしれないよね( `･ω･) ｳｰﾑ…

だから、日本を攻めて経済をバグらせたり、
取引相手になりそうな国々とガチでケンカするより

台湾奪取で手に入れた半導体チップで圧力をかけるだけでお金はかなり入ってくるかもしれない。

今世界は脱炭素やAI開発、仮想空間、次世代乗り物などありとあらゆる場所で半導体チップが必要だからね。

半導体チップもAIチップや車なんかの大電力を制御するパワーチップとか更にレベルアップしていってる段階。

よって、中国による日本への軍事的な有事の可能性は…
しばらくは低めかなと僕は妄想している次第です。

半導体メインで妄想したにすぎないがね( ¯﹀¯ )💭

現在、世界の情勢が非常に不安定な為、
日本の防衛力強化が必須なのは間違いないと思う。

日本は戦争放棄しているが、
攻める側からすれば日本人の信念なんて関係ない話なのでね。(￣▽￣;)

「放棄してるの？了解。じゃあラクに落とせるね。サヨウナラ」( ´ ▽ ` )

的に全滅させられるのがオチです。

アメリカ軍も、
「日本ジーンぜんぜん戦わな～い。なぜ日本攻撃されてアメリカ人が命かける？我々はアシストダケね～。戦わないなら撤退しま～す。バイバ～イ」

と言われるのが目に見えている。

もしさ、隣の家が強盗や凶悪犯に襲われていて助けを求められたらアナタは助けに行きますか？

警察に電話するだけで危険を犯して自ら助けに行かないでしょ？

助けに行くなら…
負けない、とばっちりを受けないのが前提で超強力な武器を持っていて
悪者相手に合法的に試し打ちしてみたいと思った時でしょうかね(   ´∀`)ﾊﾊﾊ

ですから…国連やアメリカさんの助けはあまり期待できないので

〖来る時は覚悟しろよ(*^^*)〗
〖防御力ガッチガチやぞ〗
的な…
軍事的に攻めるのが億劫になるくらいの圧力をかけられるだけの防衛力(核は持たない)は必要だろう。

さいごに

今回〖半導体〗についていつもの如く脱線したりしながらいろいろゆる～くお話しいたしましたが‪(◜ᴗ◝; )

プロじゃ無いのでうまく説明できたかは不安です…

半導体関連の話題も調べてみればいろんな方面に興味が拡散してけっこう面白く、好奇心が尽きないので退屈しのぎには調度良いです(*´罒`*)

まだ勉強中なので正確にお話しできずに心苦しい限りだが………

興味があればご自身で更に精査して頂き、知識として蓄えておけば……きっと何らかの利益になりそうな分野でしょうね(*^^*)

そいぢゃまた(｡･ω･)ﾉﾞ