これでなっとく！エネルギー（８）2024年の「今さら聞けない半導体って結局なに？」

今まで太陽光やLEDの記事で半導体を取り上げましたが、昨年末報道された「宮城に半導体工場ができる」というニュースを踏まえ、今回はそもそも「半導体ってなに？」というテーマでまとめてみました。（このシリーズのリストはこちら）

半導体とは？最初の製品はトランジスタから

SBIホールディングスと台湾の半導体受託生産大手、力晶積成電子製造（PSMC）が宮城県大衡村に8000億円をかけて半導体の工場をつくるそうです。いったいここで何がつくられるのでしょうか？そもそも半導体って何でしょうか？

半導体復権へ大きな一歩…SBI・台湾PSMCが8000億円投資で新工場、宮城を選んだ理由

半導体という言葉は英語の「semiconductor」を和訳したものですが、英語の「semi」には半分という意味のほかに「部分的な」というニュアンスも含まれます。一方、日本語の「半」は半熟卵や半透明のように中途半端でどっちつかずの状態を指す言葉でもあるので、私は長い間、半導体の「半」の意味がよくわかりませんでした。

半導体とは不純物の導入や熱や光・磁場・電圧・電流・放射線などの影響で、その導電性が顕著に変わる性質を持つ物質のことです。簡単に言えば「条件によって電気が流れたり流れなかったりする物質」ということになります。

地球上に存在する92種類の元素のうち半導体の特性がある物質はシリコン、ゲルマニウム、セレン等の数種類しかありません。中でもシリコンは半導体材料として極めて安定しており、現在半導体の材料はほとんどシリコンが使われています。

最初の半導体製品は1940年代から通信システムやラジオの電子回路に使われ始めたトランジスタでした。

たとえばシリコンは４個の荷電子を持つ元素ですが、そこに荷電子５個のリンや３個のホウ素などを注入すると内部のアンバランスにより電子に動きが生じ、そのままでは電気が流れないシリコンが電気を通す物質に変化します。

それらの種類をうまく組み合わせてつなぎ方を工夫したものがトランジスタと呼ばれる半導体製品です。

トランジスタは小さな電気信号だけで回路の特定部分の電流を止めたり流したり増幅させたりすることができるコンパクトで堅牢な製品だったため、今までその機能を担っていた真空管は次々とトランジスタに置き換わり、トランジスタはその後、様々な電気製品の内部回路になくてはならないデバイスになりました。

と、ここまでは一般的な説明ですが、いまネットや新聞等で「半導体」の記事を読むと、特定の物質やトランジスタ製品をさしているとは思えません。では現在の「半導体」にはどんな意味があるのでしょうか。

いまは「半導体」と言えば「集積回路」のこと

コンピュータが一般に普及し、コンピュータのみならず様々なシステムや他の製品においても膨大な機能を有する電子回路を必要とする現在では、トランジスタはコンデンサ・抵抗器と共に、幾重にも組み合わせられた緻密で複雑な電子回路として、ウエハーと呼ばれる薄いシリコンの基盤の上に直接焼き付けられるようになりました。

これを集積回路（IC）と呼び、より集積度が高い大規模なものはLSIと呼ばれますが、今ははほとんど同意に用いられているそうです。そして現在「半導体」といえばこの集積回路をさすことがほとんどです。