半導体

蛇口をひねって水を止めたり勢いよく流したりする様子を思い浮かべてみてください。半導体という物質で作られる「トランジスタ」は、まさに目に見えない電気を操る最も精密な電子の蛇口です。私たちが普段「半導体」と呼ぶときは、この物質を使って作られた超小型の電子回路チップを指すこともあります。

銅線のように電気が常に通ってしまう物質（導体）では、電気信号を小刻みにオン・オフすることが非常に困難です。逆にゴムのようにまったく電気を通さない物質（絶縁体）では、そもそも信号を作って届けることすらできません。半導体で作られたトランジスタは、外部から電圧の合図を与えたときだけ電気が流れるように調節できるため、電気の流れを意のままにコントロールできます。

このスマートな制御力があるおかげで、半導体はコンピュータが理解する基本の言葉である「0（オフ）」と「1（オン）」の信号を、1秒間に数十億回という雷のようなスピードで作り出すことができるのです。

半導体を作る代表的な原材料は、驚くことに砂浜などでよく見かける砂の主成分（二酸化ケイ素）から取り出される「シリコン（ケイ素）」です。二酸化ケイ素を多く含む珪石を炭素とともに高温で加熱して酸素を取り除き、徹底的に精製して極限まで純度を高めたシリコンを溶かして円柱状の塊に成形します。これを薄い円盤状にスライスしたものを「ウェハー」と呼びます。

鏡のように滑らかなウェハーの上に、光を使った先端技術によって肉眼では絶対に見えないほど微細な電子回路を幾重にも刻み込んでいきます。その結果、爪の先ほどの小さなチップの中に、数十億個を超える超微細なスイッチがぎっしりと収まることになります。

この無数のスイッチが一斉に連動して複雑な計算を処理することで、スマートフォンやAIサーバー、自動運転車といった現代文明のハイテク機器がスムーズに動きます。半導体が「現代産業の米」と称される理由は、まさにここにあるのです。

もう少し詳しく見てみると、半導体チップは大きく「情報を記憶する半導体（メモリ）」と、演算や機器の制御などを担う「考える半導体（システムLSI・ロジック半導体）」に分けられます（このほかにもLEDやパワー半導体といった種類もあります）。

情報を保存する半導体は「メモリ半導体」と呼ばれます。スマートフォンの電源を切っても写真や音楽データが消えないように保存する「NAND型フラッシュメモリ」や、複数のアプリを立ち上げて素早く作業できるようにする「DRAM」がこれに当たります。

一方、入力された命令を計算し、機器全体を指揮する頭脳の役割を担うのが「システム半導体（ロジック半導体）」です。スマートフォンのメイン頭脳であるSoC（AP）やパソコンの心臓部であるCPU、AI処理を劇的に高速化するNPUなどが代表例です。私たちは電子機器の中で、記憶する脳と思考する脳のどちらも半導体という驚異の技術によって作り出しているのです。