近年では脱炭素社会に向けた再生可能エネルギーとして、太陽光を利用した発電（光電変換）や、廃熱を利用した発電（熱電変換）がますます重要になっています。あわせて、効率的な節電を実現するネガワットに向けたパワーエレクトロニクスも日々進化しています。最終回となる今回は、こうした社会インフラを支えるさまざまなデバイスへの、半導体の応用について紹介します。

今回は、半導体集積回路の基礎について解説します。2000年、アメリカの技術者ジャック・キルビーが集積回路（Integrated Circuit：IC）の発明によってノーベル物理学賞を受賞しました。キルビーは、半導体メーカーであるテキサス・インスツルメント（TI）社の集積回路のキルビー特許でも有名です。このような半導体集積回路の発展には、日本の多くの研究者や技術者が大きく貢献しており、日本の半導体電子立国を牽引してきたことはいうまでもありません。今では直径300mmのシリコンウエハ上に、高度情報通信社会インフラを支える電子部品としてマイクロプロセサーやDRAM、フラッシュメモリなどが製造されています。

今回は、半導体の光デバイスへの応用を説明します。交通分野では、信号機用の光源として三色の発光ダイオードが使われています。太陽の逆光時の視認性も従来の白熱電球と比較して大きく改善され、光源の寿命も格段に延びました。また、照明分野では水銀を使った蛍光灯が、白色発光ダイオードに置き換えられています。さらに、インターネット光通信システムの光源には、光波長1.55μｍの半導体レーザが使われています。これらの社会インフラを支える光半導体デバイスの実現には、日本の研究者が深くかかわっています。

今回は、電子回路の信号処理に欠かせないトランジスタについて解説します。トランジスタの発明によって、その応用範囲は真空管を大きく超えて広がっていき、ついには1つのチップに数億個のトランジスタが集積されるまでになりました。また、近年では情報通信の高度化に伴う電波の周波数資源の開拓に、高周波トランジスタの存在が必要不可欠となっています。

今回は、真性半導体に何か不純物原子を導入するとどのように電気伝導が変化するか、さらに、半導体デバイスの基本的な構造がpn接合であることを解説します。

1948年～1949年にかけて、アメリカのベル研究所のジョン・バーディン、ウォルター・ブラッテン、ウィリアム・ショクレーによるトランジスタの発見で、エレクトロニクスの主役がそれまでの真空管から半導体になったことは広く知られています。1980年代には、日本がSi半導体メモリで世界のトップメーカーとなり、半導体立国といわれました。それから既に30年以上がたち、半導体を取り巻く環境も大きく変わってきました。本連載では、全6回にわたり、半導体の基礎知識を解説します。第1回は、半導体の基礎についての全体像を説明します。

第2回のテーマは「LED」。LEDには低消費電力、長寿命という特徴があり家電製品や自動車などに幅広く使われています。また白色LEDが開発されたことで照明の分野でも普及が進んでいます。

＜ココがポイント＞
■2015年の世界市場規模は、前年比7.0%減148.2億ドル
■今後は自動車、産業機器向けが市場をけん引
■SiC、GaNパワー半導体市場は、2025年31.3億ドル

半導体は、何千億円もの投資で巨大工場を作り、空気がキレイなクリーンルームで生産する。そんな現在の概念を覆す新しい半導体生産システム「ミニマルファブ」が、ミニマルファブ技術研究組合により開発されています。まさに、3次元プリンターの半導体版のような世界が、日本の研究者や企業によって、実現しようとしています。

スマートフォンやタブレット、パソコン、ゲーム機といった最新のデバイスや、自動車にとって、外部の情報を感知するために欠かせないMEMSセンサー。近年、自動車に求められるユーザーのニーズが変化してきたことにより、技術革新が難しかった車載向けMEMSにも多用性が求められています。MEMSのサプライヤーの中でもトップのボッシュに、MENSセンサーの今後を聞きました。

自動運転が脚光を集めるにつれて、自動車と情報技術の融合がますます進んでいます。それに伴い、車載コンピュータに求められる性能もより一層高まっています。今回は、米国のグラフィックス半導体メーカーNVIDIA（エヌビディア）が開発した、自動車向けチップセット「NVIDIA DRIVE」について解説します。