唐澤塾
唐澤豊が情報通信技術+経営術+人生術+創造性を中心に一期一会を追求する私塾
神とコンピューター ~その類似性~ (10) 半導体とは何か
前々回の「半導体ビジネスとは何か」で重要なことを書き忘れたので、まず、最初にその補足を。

半導体は18ヶ月で製造コストが半分になるということを述べたが、もうひとつ重要なことは、その生産規模とコストの関係である。生産規模が大きい方がコストは安くなるので、半導体は設備産業と言われている。業界で売上・利益共に一番になるには、不況の時でも設備投資を続けて、生産規模において一番になることである。過去においては、NECがしばらくの間は世界一であったが、インテルが不況時も設備投資を続けた結果一番になり、それ以後もその地位を保っているのは、設備投資がダントツの一番だからである。そのためには、高い利益を上げられる製品を開発し、その利益を再投資するのである。

さて、これからは半導体そのものの仕組みを解り易く述べてみたいと思う。興味のない方は読み飛ばして頂いて結構である。

初期の頃に使われていた半導体用の素材はゲルマニウムやセレンであったが、現在最も多く使われている素材は地球表面に最も多く存在する元素であるシリコン(珪素)である。
半導体は、99.9・・・9%と9が9つ(最近は超細密になっているので、それ以上の純度が要求されるかも知れないが)続くような非常に純度の高い素材に、砒素のような不純物(といってもこれはシリコンから見た場合であって、砒素そのものの純度は9が12個続くくらい、やはり非常に高いものである)と言われる他の元素を微量に焼き付ける(高温ガス状で拡散浸透させる)と半導体が出来るのである。実際の構造はもう少し複雑であるが、そのひとつひとつの素子はトランジスターという3極構造が最も多く使われている。

トランジスターとはどんな仕組みかと言うと、例えば渡ろうとする川に細い丸木橋が掛かっていて、普通はそのまま渡れるのだが、場合によっては橋の真中に大きな人食いワニが口をあけて待っているので引き返すしかなくて渡れないこともある、といったようなものである。人が電子で、橋がチャネルと呼ばれる半導体の道で、ワニがゲートと呼ばれる制御信号のようなものと想像して頂ければよい。

しかしワニは合図に合わせて出るか出ないか決めるので、全く不意に出るわけではないし、次の合図までは、出ない時は出ないし、出たら出たままでいると考えて貰えばよい。この合図が昔は1秒間に千回くらいであったが、今は5億回くらいである。これをクロック周波数というのだが、皆さんもパソコンを買う時に、400メガヘルツだとか500メガだとかいうことを見たり聞いたりしていると思われるが、CPUがこのスピードで信号処理をしている、ということである。

現在最先端の半導体製品では、この橋の長さに相当するのは0.18ミクロン(百万分の1メートル)ほどであるから、ひとつひとつのトランジスターという素子が如何に小さいものか、想像できるであろう。

こうしたトランジスターの組み合わせで、両方の信号が1だったら1を出すAND回路、どちらかが1だったら1とするOR回路、1だったら反転して0にするNOT回路の3つの組み合わせで、あらゆる論理を実現している。

現在のCPUのような大規模な回路は、1センチ角くらいのチップに数百万個のトランジスターが入っているのである。

更に興味のある方向けに、半導体の造り方を簡単に説明しておこう。

素材のシリコンは、まず1400度で溶かして丸い結晶の棒を作りそれを薄い板にスライスするのであるが、丸いウェハースの様なので、ウェハーと呼ばれている。今はこの直径が20センチもあるが、私が仕事を始めた頃は5センチくらいであった。この上にマスクと呼ばれる回路パターンの型を印刷したガラス板を通して、写真を焼き付けるのと同じような方法で焼き付けてはガスを拡散して、また焼き付けるといった工程を20回程繰り返して作るのである。

前述のようにその最小パターンは0.18ミクロンという微細なものであるから、工場の中は、1立方メートルの空気に0.1ミクロン以上のごみが1個以上あってはいけないくらい清潔でなければならない。

半導体を作るのはこうした清潔度の非常に高いクリーンルームという環境の中で、宇宙服のような防塵服に身を固めて作業するのである。日本では、作業に入る前に風呂に入り全身を洗ってから防塵服を着させる会社もあると聞いたことがある。女性は化粧禁止であるし、化繊の下着も静電気を起こすので禁止である。微細な半導体は静電気にも弱いのである。また途中の工程で洗浄に使われる水も空気同様の純度が要求される。

ちなみにこうした最新の大規模半導体工場を建設するには、数千億円も必要で、もう直ぐ1兆円になるだろうとも言われている。儲かるからと言っても誰でも半導体メーカーを始められるものではない。

素材としては無限に近いシリコンであるが、将来ずっと使えるのかと言うと、もう限界に近いところまで来ていて、シリコン分子を何個か並べた厚さや距離が限界であり、0.1ミクロンくらいが限界と言われて来た。あと数世代先でもうそれ以上の微細化は出来なくなる。その先は、新しい素材を見つけるか、2層、3層と積み重ねて高層建築のように立体化するかのどちらかであるが、シリコンに替わる安くて作りやすい素材は未だに見つかっていないので、立体化に向かうのではないかと思われる。

ちょっと堅苦しくなったが、コンピューターの主用部品であり、その産業特性を理解して貰うには、以上のことを頭の隅に置いていれば、もう貴方は今日から俄か専門家の仲間入りである。
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唐澤 豊
  • Author:唐澤 豊
  • 還暦を期に長髪から一気に坊主頭にしました。これから20年間、第2の成人を迎えるまではこれでいこうと思います。でもやっぱり冬は寒いし、夏は暑いので、帽子を愛用しています。
    ●情報通信業界の米国系企業を中心に40年間、営業以外の仕事はほとんど経験。技術以外には、マーケティング・ブランディング、組織論、人事評価制度、企業文化なども経験。今まで3つ会社を始めましたが、被買収・売却などの後、4つ目の会社を後任に任せたところで、一昨年、仲間2人ともうひとつ会社を設立し、非言語コミュニケーションのサービスを開発中です。
    ●経営労働管理士。日本躾の会理事。
    ●音楽(ビートルズ、S&G、フォーク、ニューミュージック等)、グラフィックデザイン、水彩画を趣味とするので、マルチメディア技術の活用に大いに期待しています。読書、宇宙の真理探求が最近の趣味。ストレッチ、真向法、西勝造先生の西式健康法を実践中。
    ●故津留晃一さんの著作や講演録(CD)に触れて「人生の目的は体験することである」ということに納得しています。
    ●詳しいプロフィールは「自己紹介」のカテゴリーにあります。
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