中国、半導体技術でアメリカを大きく上回る―禁輸資源を使用せずに実現

半導体革命：シリコンを超えるトランジスタが中国でインテルを凌駕する。

北京大学の研究チームは、ビスマスを基にしたトランジスタを開発し、インテルの最先端シリコンチップを速度とエネルギー効率の面で上回る成果を上げました。この革新的な進展は、半導体設計において革命的な突破口となる可能性を秘めています。

関連記事：

中国がワシントンの制限を乗り越える革命的トランジスタを発表

この新しい2Dトランジスタは、インテルの最新の3ナノメートルシリコンチップよりも40%速く、エネルギー消費は10%少ないとされています。これは、中国がシリコン基盤のチップ製造に関連する課題を完全に回避する手段となるでしょう。北京大学のこのトランジスタは、これまでの中で最も速く、効率的な設計とされています。

中国の長年の敵は何も譲らず、決定的となる最新のハイテク兵器300 kWの対ドローンレーザーを発表した。

シリコンを超える可能性を持つ新技術

シリコンベースのトランジスタが極小スケールでのミニチュア化やエネルギー効率に問題を抱える中、この新しいデザインはこれらの制約を克服した解決策を提供しています。研究チームのリーダーである彭海琳教授は、この革新を半導体技術の転換点と位置付けています。

制裁と革新の背景

アメリカの制裁により、中国が最先端のシリコントランジスタにアクセスできない状況下で、中国の研究者たちは代替ソリューションを模索することを余儀なくされました。この必要性が新たなアプローチを生み出し、従来の制約から研究を解放しました。

ビスマスとは何か？

ビスマスは、淡いピンクがかった白色の結晶金属で、低毒性と独自の特性が知られています。電子機器や核技術、医療用化合物など、さまざまな分野で利用されています。また、ビスマスは合金にも使用され、特に腐食に強いことから飲料水システムに利用されています。さらに、メタフィジカルな用途や医療的な効能もあり、免疫系や消化に対する利点があると言われています。

GAAFET設計の革新

研究チームは、ビスマスベースの材料を使用したゲート全周囲トランジスタ（GAAFET）を開発しました。この構造は、インテルが2011年に商業化したFinFET構造に対して大きな進化を遂げています。新しいGAAFETデザインでは、FinFET設計で使われる「フィン」の必要性がなくなり、グリッドとチャンネルの接触面積が増加します。

2D材料の利点

性能を最適化するため、研究者たちは2D半導体材料に着目しています。これらの材料は原子単位での均一な厚さを持ち、シリコンよりも高い移動度を実現しています。以前は構造的な課題に制約されていましたが、北京大学のチームはビスマスベースの独自材料、特にBi2O2SeとBi2SeO5を開発することでこれらの障壁を克服しました。

2D技術の明るい未来

チームが製造した実験的トランジスタは、最先端のシリコンチップよりも1.4倍速く動作し、エネルギー消費は90%に抑えられることが示されました。彭教授とそのチームは、これらの新しいトランジスタを用いた小型論理ユニットの生産拡大に取り組んでいます。今回の研究は、Nature Materialsに掲載され、GAAFET 2Dがシリコンベースのトランジスタと競争できる可能性を示しています。

今後の半導体市場の見通し

世界の半導体市場は2024年に急回復し、19%の成長が見込まれ、6270億ドルに達する見通しです。2025年も引き続きこの傾向が続き、成長率は6%から16%の範囲で予測されています。AI関連の需要、メモリーチップ、ロジック回路が成長の主要因です。消費者エレクトロニクス、自動車産業、工業分野も重要な市場を保持していますが、一部のアナリストはAI需要の安定性や特定のセクターでの見通しの不透明さから2025年の成長が鈍化する可能性を予測しています。

• 山田太郎氏 – サイバーセキュリティ専門ジャーナリスト
• 佐藤花子氏 – 半導体技術専門誌編集者
• 鈴木一郎氏 – テクノロジー分析家