様々な電子部品に使用されているシリコンウエハーについて解説

このサイトではシリコンウエハーの基礎知識についてご紹介します。
いろいろな電子部品に使われており、身近な存在になっています。
スマートフォンやパソコンといった情報端末や、テレビやエアコンなど家電製品にも利用されている部品です。
自動車や電車など乗り物にも採用されており、身近にあるほとんどの電子機器には半導体デバイスが利用されています。
ゴミがなかったり、平坦度が高い表面が求められるパーツで、洗浄を行ってから厳しい検査をクリアしたアイテムが採用されることになる仕組みです。

シリコンウエハーの基礎知識！色々な電子部品に使われている便利なアイテムの紹介

シリコンウエハーはメモリー（情報を記憶する素子）や、ロジック（情報を演算する素子）などに利用されています。
イメージセンサー（半導体を用いた電子部品）などの半導体デバイス（シリコンウエハー製造方法）に形を変えており、半導体デバイスは身の回りに存在している、あらゆる電気で動くアイテムに利用されています。
高純度のケイ素の塊について結晶化させてから、薄くスライスして作られる部品です。
最先端デバイスとして利用されており、特定機能に特化したダイオードや、トランジスタといった個別半導体素子にも対応することができます。
数cm角の中に何百万～何千万も組み合わせた集積回路など、デバイスの種類は様々です。
ほとんどがシリコンウエハーから作られており、生活の一部に組み込まれています。

シリコンウエハーを扱うには知識が必要です

シリコンウエハーはシリコンから作られた部品で、形状は極めて薄い円盤状です。
表面は平坦となっており、シリコンウエハーの高い性能に関係しています。
半導体の製造において、いろいろな印刷技術や撮影技術などを活用しており、シリコンウエハー内部において回路を書き込んでいくのが初期段階の作業です。
電子機器の性能について、この内部にできるだけ回路を書き込むことが求められます。
性能の向上はあらゆる電子機器の性能向上にも繋がっており、この部品を取り扱うには特殊な知識が必要です。
シリコンウエハーの開発や製造技術は急激に発展しました。
が使われている製品について、パソコンやスマートフォンなどのCPUやメモリーに利用されています。
ICチップや太陽光電池、車などさまざまな種類に採用されているパーツです。
製造しているメーカーはさらなる製造技術の革新のため、投資を行っているケースがあります。
主原料となるシリコンは珪石という鉱物からできており、不純物の含有量がゼロに近いような高純度な多結晶シリコンが必要です。
多結晶シリコンは採掘した珪石を精錬したり、精製して高純度石英ルツボにおいて溶解します。
結晶育成技術を応用しながら、結晶化させることで生産することが可能です。
この作業によってできたものを単結晶インゴットと呼ばれており、これがシリコンウエハーの原型になります。

電子機器の製造に不可欠なシリコンウエハーについて

電子機器を製造するには集積回路や大規模集積回路が不可欠です。集積回路は英語でIntegrated Crcuitであり、省略してICと呼ばれています。ICは半導体の表面に微細かつ複雑な電子回路を形成した電子部品で、フォトリソグラフィという光学技術を使い製造します。この技術は微細な素子や配線を別個に組み立てることなく大量生産が可能になるため、コンピュータやデジタル機器に欠かせません。ICは抵抗やコンデンサ、トランジスタなど電子部品のつながりを1枚の基板上に実装したものです。シリコンウエハーとはシリコンで作られた円盤状の板でICの基板として使われています。抵抗やコンデンサ、トランジスタなどの機能を持つ素子がシリコンウエハー上に回路を形成します。ICの集積度がさらに高められたものが大規模集積回路です。大規模集積回路は英語でLarge Scale Integrationであり省略してLSIとも呼ばれます。LSIはトランジスタやダイオード、受動素子などを集積させて複雑な機能を実現する部品で一般的にシリコンなど半導体で構成されています。

様々な電子機器に使われるシリコンウエハーの価格について

シリコンウエハーは高純度な珪素のインゴットを厚さ1mmほどに切断して製造されるウエハーです。集積回路の製造に最も多く使用されておりシリコンウエハーにアクセプターやドナーとなる不純物の導入や絶縁膜の形成、配線の形成によって半導体素子を作ることができます。ウエハー1枚あたりで取ることができるチップの数が多いほど低コスト化が可能になるため、インゴットの直径は大口径化が進んでいます。チップサイズの大きなCPUや大量生産して価格を安くする必要があるメモリなどには、大口径のウエハーが使われます。電子機器に使われる集積回路はシリコンウエハー上でコンデンサや抵抗、トランジスタなどの素子が回路を形成しています。シリコンウエハーは様々な電子機器の製造に欠かせない素材ですが、長期的な視点で見ると価格は低下傾向にあります。2015年を100とした場合、1990年の輸入物価指数は213です。2016年に輸入物価指数は83.8まで低下しましたが、その後は上昇が続き2020年には108.4となっています。

シリコンウエハーの需要は年々増加の一途をたどる

シリコンウエハーとは、シリコンから作られた半導体の材料基盤です。厚さ1ミリメートルに切断して作られます。現代の社会を作るうえでは欠かすことのできないアイテムとして知られており、需要は安定して伸びているのもポイントの一つです。 PCだけではなくスマホや車など生活を支えるために必要となるアイテムを作るうえで必需品となっている基盤であるだけではなく、太陽光電池や電子機器などで必需品となっています。そのため、今後もニーズが高いといわれているのは事実です。世界シェアも非常に多く、世界中のメーカーでしのぎを削っています。日本企業が非常に高いシェアを誇りますが、今後台湾などの企業の台頭なども予想されており、今後日本・台湾それぞれの企業がしのぎを削ることになる可能性は高いです。なお、2020年代前半にはすでに一部ではシリコンウエハーの数が足りないといわれているため、今後多くの企業でニーズを確保することが重要となるといいます。

電子機器を製造するために必要となるシリコンウエハーとは

スマートフォンやパソコンなどの情報端末やテレビ、エアコンなどの家電製品ほかに自動車や電車など様々な電子機器に半導体デバイスが使われています。シリコンウエハーは日常生活においてほとんど目にすることがありませんが、あらゆる電子機器を製造する上で不可欠な存在です。この素材は高純度な珪素のインゴットを厚さ1mm程度に切断して製造されます。集積回路や大規模集積回路ではコンデンサや抵抗、トランジスタなどの電子部品を1枚の基板上でつなぐためにシリコンウエハーが使われています。集積回路は英語でIntegrated Circuitであり省略してICと呼ばれます。ICの集積度を高めた大規模集積回路はLarge Scale Integrationであり、省略してLSIと呼ばれています。大規模集積回路はトランジスタやダイオード、受動素子などを集積させて複雑な機能を実現します。ICやLSIを使い人々の生活をより快適なものにするために、シリコンウエハーが重要な役割を果たしています。

足りないほどの需要あり！シリコンウエハーの将来性

シリコンウエハーは、半導体に使用される部品です。極薄の純円の表面は極めてなめらかになっていて、回路をプリントしてICチップやCPU、メモリーや太陽光パネルにしていきます。そんなシリコンウエハーに代わる技術としてGaNが注目されています。ガリウムと窒素の化合物は、シリコンウエハー同様に高絶縁耐圧と低導通抵抗を実現しており、より小型化できると期待されています。しかしシリコンウエハーの将来性は高いものがあります。まず効率的な生産体制がすでに確立されており、生産コストにおいて極めて高く安定しているからです。技術的な限界が見えてきたとはいえ、IT化やDXの流れに乗り世界的な半導体需要の増大が続いており、これに答えられる唯一の存在といって間違いありません。またGaNというライバルが登場してはいるものの、微細化技術の進展により先端半導体が3ナノを実現するなど着実な技術開発が進んでいるため、これからしばらくの間は安泰だと言って良いでしょう。

電子機器に搭載されている柔軟なシリコンウェハー素材

デジタル化社会となった現代では、一般家庭でもパソコンやTVゲーム機・タブレット端末などが必ず一台以上は存在をしています。とくに携帯電話の現代版となっているスマートフォンに至っては、全国民の95パーセントが所有をしていることも明らかとなっており、われわれの生活には欠かせないアイテムです。
非常にコンパクトな手のひらサイズですが、なぜこれほど小さいスタイルを確立出来ているのでしょうか。このカギとなるのがシリコンウェハーという部品です。電子機器に搭載されているのがポイントで、日本の大手企業が1988年に開発をししました。シリコンウェハーとはICというチップを含めた薄いシートで、全体を合成樹脂で作っているのがポイント。CPUなどのメイン基板となるものです。爪ほどのサイズでシリコンウェハーは作られているため、全体のデザインを大幅に縮小をすることができます。いまでは世界各国の電子機器に搭載をされているものです。

現代社会に必須である半導体の材料となるシリコンウェハー

半導体は、デジタル機器や家電製品に自動車とあらゆるものに搭載されています。現代社会を構築するためにはなくてはならない存在なので、その半導体の材料となるシリコンウェハーも同じです。スマートフォンの世界的な普及やデジタル化が推進されるこれから先の未来は、さらに重要性が高まるとされています。しかし急激な需要の増加とともに、指摘されているのが半導体不足です。
世界中でデジタル機器や電気自動車などの増産が進んでいることから、供給不足は世界に広がり家電製品の値上げなど、さまざまな形で問題が表面化しています。なぜ不足しているのか、それは原材料であるシリコンウェハーの供給量が落ち込んでいるからです。シリコンウェハーの世界シェアは、日本勢が半数以上を占めています。ですが過去の経験から設備投資に消極的であり、収益を上げるめどが立たないと投資は控えるとしています。現代社会に必須の半導体不足を解消するためには、問題を解決しシリコンウェハーの増産をできるかが鍵です。

シリコンウェハーの供給不足に回復の兆しが見え始めている

パソコンやスマートフォン、IoT機器など様々な分野で必要となる半導体を作り出すためのシリコンウェハーは、世界情勢の先行き不安や原材料費、燃料費の高騰の一方で、リモートワークやリモート授業、おうち時間でもエンターテイメント分野などを目的とした需要増が拍車をかけていました。さらに非接触が求められる状況から工場がストップするなどして世界的な供給不足がありましたが、ここに来て回復の兆しが見え始めています。
原材料の調達や輸送のプロセスを徹底的に見直して新たなサプライチェーンを構築する動きが相次いだのをはじめ、非接触でも業務を行えるリモートワークの定着、さらには規制緩和から工場には再び人々が戻り始めました。それらが新たな好循環を生み出し、供給不足だった市場にシリコンウェハーが投入されはじめています。今後の世界情勢の好転は、シリコンウェハーが鍵を握っていると言っても過言ではなく、これから先の動向に大きな注目が集まっています。

グローバルウェーハズはシリコンウェハーの台湾メーカー

IC（一般的には「半導体」といわれますがこれは材料の特性を表したものです）は台湾や韓国、米国等のメーカーに席巻され、日本企業はほぼ淘汰されてしまっていますが、材料や製造装置のシェアは依然高い状態を保っています。そのICの主要材料の一つが、シリコンウェハーと呼ばれる、シリコンを非常に薄い板状にスライスしたものです。20121年において日本企業である信越化学が約30%で1位、同じく日本企業のSUMCOが約23%で2位であり、両者合わせて50%を超える高いシェアを持っています。
グローバルウェーハズは台湾のシリコンウェハーメーカーであり、世界シェア約17%で3位の大手です。2020年には世界4位のドイツ企業シルトロニックの買収を発表し、大きな注目を集めました。買収後のシェアは単純合算で約30%になり2位SUMCOを超える見込みでしたが、ドイツ政府の承認が得られず、今年に入って断念を発表しました。欧米と中国の対立が影響したものとみられています。

シリコンウェハーの用途と丸い形状になっている理由

シリコンウェハーは珪素とも呼ばれるシリコンを薄い円盤状に切り分けた物です。ウェハーの名称は洋菓子の一種であるウエハースが由来であり、形状が似ていることから名づけられました。シリコンウェハーはICなどの集積回路を作るのに不可欠な物質であり、コンピューター製造の必須アイテムと言っても過言ではありません。精密機器や家電製品、乗り物に至るまで様々な物がコンピューター制御されている現代社会はシリコンウェハーが無ければ成り立たないのが実状です。高度な技術が必要なことから製造できる環境が限られていることも希少性の高さに繋がっています。
シリコンウェハーはそのすべてが丸い形状ですが、これはシリコンの単結晶そのものが丸いためです。単結晶の形を損なわずに加工することにより、円盤状の形に仕上がります。円盤はどこからでも均一な圧がかかる形状であり、安定した品質を保つのに最適です。わずかな品質のムラも許されない精密機器の部品作りにおいて円盤は理想の形状と言えるでしょう。

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