半導体の性質がトランジスタにどのように影響しているのか
１９世紀の末電波の時代に使われた(無線通信，ラジオの検波器として)
性能は不安定のため，真空管に置き換わられた
真空管には限界があるから第二次世界大戦のときレーダー開発をするときに巨額の研究費が半導体に注ぎ込まれた
不純物がある方が検波器として優れている
戦後，半導体で増幅器を作ろうとした，それまでの真空管はアナログ過ぎた
Nタイプ(-)とPタイプ(+)を組み合わせ半導体だけで増幅器を作り，トランジスタを作った
間の層に入れた信号を右から+の大きな信号として取り出すには層を薄くする必要がある
PNP
トランジスタの増幅作用とスイッチング作用について
半導体と導体
半導体は原子価殻内の電子が多いため通常時は絶縁体であるが，外部エネルギーを供給した場合，伝導帯が非常に近いため電子が飛び出し電流を通す導体となる
半導体鉱物
安四面銅鉱
黄鉄鉱
黄銅鉱
トランジスタとは
ピンは「エミッタ」，「コレクタ」，「ベース」の３つがある
PNPの場合，N層に繋がるベースピンに高電圧をかけるとトランジスタが全開になり，すべての電流を流す
半導体の種類と何が流行っているのか
アナログとデジタルとは
半導体の基本性能ははOn/offで処理を実行すること
例)MPU，演算を01で行う
例)メモリーは0で電化を保持，１で読み出す書き込み
例)CMOSセンサーは０で信号なし，1で画像あり
アナログは入力信号に対する出力信号の大きさを強めたり弱めたりできる
製造方法
「CMOS」，「バイポーラプロセス」，「Bi-CMOS」がある
・CMOS
スマホの半導体とかMPUもこれで製造
集積，微細化が用意，シリコンの表面層だけを利用
漏れが少なく，応答性が早いが，ノイズを生み，それに敏感のためMLCC(コンデンサ)を載せてノイズを除去しなければいけない，iphoneに200くらい実装されている
・バイポーラプロセス
瞬発力があり，耐圧が高く，大電流を制御でき，ノイズに敏感
微細化が困難
・Bi-CMOS
| 昔 | 現在 |
|---|---|
| システムLSI(SoC) | システムLSI(SoC) |
| マイクロプロセッサ | マイコン/MPU |
| メモリ | DRAM，フラッシュメモリ(NAND/NOR) |
| カスタムLSI | ASIC，FPGA |
| 専用IC/LSI | ASSP |
| 汎用リニアIC | 汎用リニアIC |
| 光半導体デバイス(LED，半導体レーザー，CMOSセンサー) | 光半導体デバイスCMOSセンサー類(用途開発) |
| トランジスタ | |
| ダイオード | パワーデバイス(用途開発) |
演算に特化した半導体郡
システムLSI
一つのチップ上に様々な半導体を実現(SoCシステムオンチップ)SiCとは
CPUコアとかメモリとかね
パッケージでそのシステムを実現する
キオクシアのメモリには半導体が16枚の半導体が積層されている
例)アップルのM1チップとかは一個の半導体チップ上にCPU/GPU/DRAMなどの機能を実現，(分野特化型の)AI半導体などもシステムLSIとして構成
特注品みたいな感じで高い
製造サイクルを短くできるTSMCなんかが適している一方インテルとかは難しい
マイコン(マイクロコントローラーユニット)
演算と指示出しを行うものなので，車とか家電に使われている(市場規模は1.6兆)
MPUの搭載があるため，コードを格納実行できるフィルターとか付随機能なども内包されている
MPUマイクロプロセッサ(マイクロプロセッサユニット)
汎用的で演算に特化しているもの
CPUをLSI上に実現したもの
インテル(MPUCPUの王者だった)とAMDがバチバチやっている
ASIC(機能を組み合わせて設計している)
アップルブロードコムとかが作っている
FPGA
機能をあとから付加することができ，あとから動作を変えられる
ASSP
データセンタに送る前のデータ前処理用の半導体とかに使われる
エッジデバイス内で処理計算をする必要がありそれに使われる
クアルコム，インテル，nvidiaとか
NANDフラッシュメモリー，DRAM
→SSDとかに使われているストレージ系
サムスン，インテル，キオクシアとかが使われている
→DRAM
電源接続時にのみ記憶
光半導体
LED，レーザーセンサー
・センサー類2.2兆円
CMOSセンサーはスマホとかに使われる
ソニー，サムスン
IoT関連のやつもある
加速度センサー，音響センサー，ジャイロセンサー，光電センサー
パワーデバイス
モータ指導や制御効率的な回転運動を司る
いいところは小さくできるところ，SiCという新しい材料で作ると軽量化と効率性
SiCという新材料の良さ
対応領域が拡大している大容量かつ高速
CO2排出0を支えるキーデバイスになる
小規模な発電が増えることから需要が高くなることが期待されている，世の中の電気はロスだらけである変換のロスが発生するため
次世代半導体の製造テーマ
・2XD
・3Dパッケージの進化
・微細化・高集積化
・チップレット化
・ポストEUV ３D技術
・マテリアルイノベーション
製造工程
・前工程は微細化がテーマだが頭打ちになっている
・後工程は3Dパッケージ化により，システムLSI，ASICを実現している．
SoCとSiP
SoCは一つの半導体チップにプロセッサやメモリなどの機能を搭載しているもの
SiPは一つの樹脂パッケージの中に別機能を持つ複数のチップを格納しているもの
chu☆