半導体技術の教科書 | 全5部・無料・登録不要

🧬 半導体技術 体系解説

37個の知識点を、前提の順に1本の鎖につないだ教科書である。知識点には 1-1 から 8-7 まで「段-段の中の順」で番号が振ってあり、どの点にも「前に読む点」と「次に進む点」がある。 材料の性質から始まり、光で回路を写す工程、チップの中身の設計、設計を担う道具の産業、物理の限界、そして工程ごとの勢力図までを、 「なぜそう設計されているのか」という一本の問いで通す。微細化の競争は4分類のうち1つの話であり、 物差しの外側にこそ日本の持ち分が残る構図まで扱う。

37
知識点
8段
学習の段
5部
36節
約3.3万字
本文
28
54語
用語辞典
どれで読みますか: 🎓 学ぶ 学生・これから学ぶ人 🔧 使う・選ぶ 部品と装置を選ぶ人 🔬 作る・研究する 設計と製造の担当者 💰 投資する 資本を配分する人
学習の連鎖の地図 — 8段37知識点を前提の順に並べ、右に学ぶ・使う・作る・投資するの4つの道が何段を通るかを示した図
図 学習の連鎖の全体。左が8段37知識点の順序で、番号は「段-段の中の順」。右は4つの道が何歩でどの段を通るかを示す。段・点数・番号は知識点の定義から機械で書き出しているので、本文と食い違わない。

4つの道 — 同じ鎖を、目的別にどこまで通るか

番号の読み方

知識点の番号は 段-段の中の順 で書く。2-3 なら「第2段の3番目」である。 段は下の連鎖の8段で、1-1 から 8-7 まで通しで読めば教科書1冊になる。 道は教材を分けたものではなく、この鎖から必要な段だけを抜き出した順路である。道の中では1歩目から数え直す

🎓

学ぶ

学生・これから学ぶ人 | 全6歩 ・ 知識点12点
2歩目
第2段 回路を刻む 2-1 光で写し、削り、積み、混ぜ、平らにする前工程
3歩目
第3段 材料と寸法の実際 3-1〜3-2 シリコンの外側、世代の名前と実寸法のずれ、そして後工程
4歩目
第4段 中身を設計する 4-1〜4-2 論理・記憶・つなぎ・電力という4つの部品の選び方
5歩目
第6段 計算機の作り分け 6-4 CPU・GPUTPUNPULPUが何を捨て、何を取ったか
6歩目
第7段 物理の限界 7-2 電力の式、ムーアの法則の現在地、歩留まりの式

6歩を終えると — 半導体が何で、どこで作られ、何が限界かを自分の言葉で説明できる

🔧

使う・選ぶ

部品と装置を選ぶ人 | 全5歩 ・ 知識点11点
1歩目
第1段 材料を知る 1-1・1-3〜1-4 導体でも絶縁体でもない性質と、半導体の分け方
2歩目
第3段 材料と寸法の実際 3-1〜3-3 シリコンの外側、世代の名前と実寸法のずれ、そして後工程
3歩目
第4段 中身を設計する 4-1〜4-2 論理・記憶・つなぎ・電力という4つの部品の選び方
4歩目
第6段 計算機の作り分け 6-4〜6-5 CPU・GPU・TPU・NPU・LPUが何を捨て、何を取ったか
5歩目
第8段 産業と企業 8-1 工程ごとの勢力図と、日本の持ち分がどこに残るか

5歩を終えると — 用途に合う材料と計算機を、性能の物差しから選べる

🔬

作る・研究する

設計と製造の担当者 | 全6歩 ・ 知識点20点
1歩目
第1段 材料を知る 1-1〜1-2 導体でも絶縁体でもない性質と、半導体の分け方
3歩目
4歩目
第5段 設計の道具と規制 5-1〜5-2 設計を担うソフトの産業構造と、輸出管理の対象であること
6歩目
第7段 物理の限界 7-1〜7-2 電力の式、ムーアの法則の現在地、歩留まりの式

6歩を終えると — 工程と設計の判断を、物理と数字で説明できる

💰

投資する

資本を配分する人 | 全8歩 ・ 知識点24点
1歩目
第1段 材料を知る 1-1・1-3・1-5 導体でも絶縁体でもない性質と、半導体の分け方
2歩目
第2段 回路を刻む 2-1〜2-2 光で写し、削り、積み、混ぜ、平らにする前工程
3歩目
第3段 材料と寸法の実際 3-1〜3-3 シリコンの外側、世代の名前と実寸法のずれ、そして後工程
4歩目
第4段 中身を設計する 4-4 論理・記憶・つなぎ・電力という4つの部品の選び方
5歩目
第5段 設計の道具と規制 5-2〜5-4 設計を担うソフトの産業構造と、輸出管理の対象であること
6歩目
第6段 計算機の作り分け 6-3・6-6 CPU・GPU・TPU・NPU・LPUが何を捨て、何を取ったか
7歩目
第7段 物理の限界 7-1〜7-3 電力の式、ムーアの法則の現在地、歩留まりの式

8歩を終えると — 工程の層ごとに採算と参入の壁を見分け、銘柄に落とせる

別の道に同じ番号が出てくるのは、そこが共通の前提だからである。たとえば 1-1 導体・半導体・絶縁体を分ける唯一の指標 は、4つの道すべてが通る。

学習の連鎖 — 37の知識点を、前提の順に並べた

本書は章の集まりではなく、37個の知識点が前提でつながった1本の鎖である。各点には「これを読む前に必要な点 (前提)」と「読み終えたら進める点 (次)」が定義してあり、 前提が後ろに来ていないこと・循環していないこと・本文に該当の場所があることを毎回機械で検査している (検査6項目)。 番号順に読めば教科書、必要な点だけ引けば辞典として使える。

見方: 2-3=第2段の3番目 / 前提=先に読む番号 / =この点を前提にする番号 / 問い=自分で説明できるか試す一文。上の道は、この鎖から段を抜き出したものである。

第1段 材料を知る 導体でも絶縁体でもない性質と、半導体の分け方 1-1〜1-5 ・ 5点
1-1
電子が動ける帯へ飛び移るための隙間の広さ (バンドギャップ) だけが、3つを分けている
起点 (前提なし・ここから始められる) | 次: 1-2 3-1
❓ 導体と絶縁体を分ける物差しを1つ挙げられるか
1-2
純粋なシリコンはほとんど電気を通さない。腕が5本または3本の元素を混ぜて運び手を作る
❓ n型とp型の違いを、運び手の種類で説明できるか
1-3
報道が扱う「2ナノ」はデジタル1分類の話。市場と日本の持ち分は残り3分類にも広く分布する
❓ 微細化の競争が効かない分類を2つ言えるか
1-4
計測する・変換する・記憶する・計算する・電力を操る・つなぐの6つに分かれる
❓ 身の回りの機器から、6つの機能を1つずつ挙げられるか
1-5
集積回路は素子の数で世代を呼んだが、数十億を超えた今は呼び名が意味を失った
❓ 世代の呼び名が素子数から離れた理由を言えるか
第2段 回路を刻む 光で写し、削り、積み、混ぜ、平らにする前工程 2-1〜2-5 ・ 5点
2-1
描ける細さは、光の波長・開口数・工程側の係数の3つでしか変わらない
❓ 線を細くする3つの道を言えるか
2-2
1つの層を何回かに分けると、欠陥も原版の枚数も増え、費用は回数とともに跳ね上がる
❓ 4回に分けて描くと歩留まりがどうなるか
2-3
掘る穴の深さと幅の比は125に達する。垂直に削る技術と、原子1層で積む技術が要る
❓ 原子1層ずつ積む必要が出た理由を1つ言えるか
2-4
電流の通り道に入るホウ素は約30個。±5個ずれると動き始める電圧が±100ミリボルト動く
❓ 4面から囲む構造が効く理由を言えるか
2-5
銅は削って形を作れないため、溝を掘って埋め、はみ出した分を研磨で落とす
❓ 銅の配線がダマシン法になった理由を言えるか
第3段 材料と寸法の実際 シリコンの外側、世代の名前と実寸法のずれ、そして後工程 3-1〜3-3 ・ 3点
3-1
帯の隙間と耐えられる電界の強さが用途を決める。炭化ケイ素は同じ耐圧で厚さ10分の1
❓ 電気自動車の変換器が炭化ケイ素を選ぶ理由を言えるか
3-2
世代の名前は密度に付けた商品名で、実際に作られる最小の寸法は20ナノ前後にとどまる
❓ 同じ「7ナノ」でも中身が違う点を1つ言えるか
3-3
切り分け・固定・配線・封止。AI向けでは積層と土台の板が先に上限を作る
❓ 先端品の供給が詰まる場所を、前工程以外で挙げられるか
第4段 中身を設計する 論理・記憶・つなぎ・電力という4つの部品の選び方 4-1〜4-4 ・ 4点
4-1
判断に投資するCPU、判断をまとめるGPU、判断を捨てる専用回路。効率の比は1対30対300
❓ 専用回路が速い理由を、捨てたもので説明できるか
4-2
1命令1ナノ秒に対し主記憶は100ナノ秒。手元に小さく速い記憶を何段も置いて距離を隠す
❓ 階層を置かないと、時間の何%が待ちになるか
4-3
総当たりの交換機は核の数の2乗で増えて16核で行き詰まる。今は格子状の網を使う
❓ 核を増やすと配線の側が先に限界になる理由を言えるか
4-4
2005年に漏れ電流で電圧を下げられなくなり、周波数は4ギガヘルツ前後で頭打ちになった
❓ 周波数が上がらなくなった理由を1つ言えるか
第5段 設計の道具と規制 設計を担うソフトの産業構造と、輸出管理の対象であること 5-1〜5-4 ・ 4点
5-1
抽象度を1段ずつ下げる変換の連鎖。どの1段が欠けてもチップは完成しない
❓ 設計の6段階を順に言えるか
5-2
名前の数と意思決定の数は違う。傘下の関係で読み替えて初めて実態が見える
❓ 一覧の社数と実際の意思決定の数が違う理由を言えるか
5-3
粗利は77〜86%、研究開発費は売上の33〜35%。規模そのものが生存の条件になる
❓ 高い粗利でも赤字になる会社が出る理由を言えるか
5-4
線を1本引く道具が露光装置と同じ規制の下にある。和解金は1億4,060万ドル
❓ 設計ソフトの供給が止まると、何が止まるか言えるか
第6段 計算機の作り分け CPU・GPU・TPU・NPU・LPUが何を捨て、何を取ったか 6-1〜6-6 ・ 6点
6-1
推論の約95%は行列の掛け算。専用の演算器も量子化も、行き着く先はここにある
❓ 回路の性能だけを比べても足りない理由を言えるか
6-2
分岐の行き先を先に決めて実行する。95%以上当てなければ設計が成り立たない
❓ 先回りして実行することの代償を1つ言えるか
6-3
回路は手順を速くするために、手順は回路の制約を避けるために設計される
❓ 後から同じ土俵に立つのが難しい理由を言えるか
6-4
柔軟性・並列度・記憶の近さのどれを優先するかの違いで、性能の序列ではない
❓ 5つを分ける3つの物差しを言えるか
6-5
到達できる速さは、演算器の最高速度と、帯域×演算密度のうち低い方で決まる
❓ 1語を返すのに重みを全部読む理由を言えるか
6-6
専用の側が汎用の側に取り込まれる逆向きの流れが、資本の動きに出ている
❓ 日本の持ち分が残る3か所を言えるか
第7段 物理の限界 電力の式、ムーアの法則の現在地、歩留まりの式 7-1〜7-3 ・ 3点
7-1
動くときの電力と、待機中に漏れる電力の2つ。電圧は2乗で効く
❓ 電圧を下げると消費電力がどう変わるか
7-2
素子の数は増え続けたが、電圧と周波数を同時に得る関係は2005年に切れた
❓ 今も続いている部分と終わった部分を分けて言えるか
7-3
欠陥の密度と面積の積が指数で効く。大きいチップほど採算の条件が厳しくなる
❓ 同じ工程でも大きいチップが不利になる理由を言えるか
第8段 産業と企業 工程ごとの勢力図と、日本の持ち分がどこに残るか 8-1〜8-7 ・ 7点
8-1
用途ごとに求められる性能・担い手・市場の大きさが違う
❓ 用途ごとに求められる性能が違う例を2つ言えるか
8-2
先端の世代を回せる会社は数社。世代・歩留まり・顧客の顔ぶれで位置が決まる
❓ 受託製造の会社を比べる物差しを3つ言えるか
8-3
記憶は数社の寡占で、競争の中心は積層の世代へ移った
❓ 積層メモリーが競争の中心になった理由を言えるか
8-4
感光材と、円板を切り分ける装置で日本の占有が高い
❓ 日本の持ち分が厚い工程を2つ言えるか
8-5
工場を持たず設計に集中する形。受託製造の空き具合と業績が連動する
❓ 設計専業が受託製造と組む理由を言えるか
8-6
露光装置・感光材・設計ソフト・量産の作り込み。1つを自前で用意しても残りが欠ければ進めない
❓ 4つのうち1つを自前で作っても進めない理由を言えるか
8-7
装置・材料・後工程・車載・画像に分かれて位置している
❓ 日本企業を工程の層で分けて言えるか

5部の地図 — 何が書いてあり、何が言えるようになるか

章は知識点の入れ物である。上の連鎖のどの番号がどの部に入っているかを示した。節の数・文字数・読む目安・深度は2026年9月16日に計測した実数で、読む速さは1分500字として計算した。

第I部 基礎 5節 ・ 4,187字 ・ 約9分
半導体とは何か — 材料の性質と、4つの分類
読み終えると: 「微細化の話」がどの分類に限った話かを区別して読める
連鎖の 1-1〜1-5 (5知識点)
表5 | 読む →
第II部 基礎 高級 8節 ・ 5,987字 ・ 約12分
作る — 光で写し、削り、積み、混ぜ、平らにする
読み終えると: 各工程がなぜその方法でなければ届かないかを物理で説明できる
連鎖の 2-1〜2-5・3-1〜3-3 (8知識点)
表6 | 読む →
第III部 基礎 高級 投資 14節 ・ 14,197字 ・ 約28分
設計する — 中身の4部品・設計の道具・計算機の作り分け
読み終えると: チップの中身の選択肢と、設計を担う産業の費用構造を読める
連鎖の 4-1〜4-4・5-1〜5-4・6-1〜6-6 (14知識点)
表10・図2 | 読む →
第IV部 高級 投資 3節 ・ 1,723字 ・ 約4分
物理の限界 — 電力・ムーアの法則・歩留まり
読み終えると: 採算を決める3つの式を、自分で当てはめて計算できる
連鎖の 7-1〜7-3 (3知識点)
表2 | 読む →
第V部 投資 6節 ・ 7,233字 ・ 約15分
産業と勢力図 — 工程ごとに誰が立っているか
読み終えると: 工程の層で企業を並べ、日本の持ち分がどこに残るかを説明できる
連鎖の 8-1〜8-7 (7知識点)
表5 | 読む →
深度の見方: 基礎 予備知識なしで読める 高級 仕組みの中まで降りる 投資 金額と採算で判断する

Postation の入口

終章 全体を1枚に畳む

⑩ 結論 — 工程の層で見ると、日本の持ち分がどこに残るかが分かる

本書を1文に畳むと、半導体は「どの層に立つか」で採算も参入の壁も変わる産業である、になる。 線を細くする競争は4分類のうちデジタル1分類の話で、電力を操る半導体・光の半導体・後工程は別の物差しで動く。 層を混ぜたまま産業を語ると、投資の判断も政策の評価も的を外す。

日本の持ち分は、装置・材料・後工程・車載・画像の各層にある。 感光材と、円板を切り分ける装置では世界の中で高い占有を保ち、製造装置の国内生産指数は2026年1〜3月期に統計開始以来の最高を付けた。 ラピダスの2ナノ計画 (2027年) が形になれば、先端の受託製造に戻る道筋が1本できる。

先端の世代が止まる場所も、層で見ると説明が付く。露光装置・感光材・設計ソフト・量産の作り込みの4つがそろって初めて進む構造で、 どれか1つを自前で用意しても残りが欠ければ歩留まりが出ない。輸出管理はこの構造の上に乗った条件であって、原因そのものではない。

回路は計算手順を速くするために設計され、計算手順は回路の制約を避けるために設計される — この往復が半導体の中身を決めてきた。計算手順の側で追い付くことはできても、回路と装置の側の世代差を埋めるのは年単位の仕事になる。

数字で確かめたくなったら、半導体企業データベースの個票と、 比較ツールの8つの型で各社の位置を並べられる。

🔬 半導体企業の一覧 → 📊 比較ツール (8つの型) → 🔬 研究機関の比較 → 🏭 受託製造の比較 →

🧰 ツール・特集の入口

一次データで動く 11 本 — 銘柄の絞り込み・供給網・比較・一次データの台帳・解説・規制レンズ (すべて無料)

銘柄スキャナー 日本株 563 社を有報の連結実数・空売り残高・逆日歩・信用残・自社株買い・大株主の増減で絞り込む (無料・登録不要) 型: 成長株に空売りが厚い ほか 6 種開く → サプライチェーン3Dマップ 日本株と NVIDIA・TSMC・SMIC など世界の半導体・AI 企業のつながりを 3D ネットワークで俯瞰。銘柄をクリックして供給網をたどる 日本株×世界の供給網開く → AI企業 比較ツール オープンAI・アンソロピック・グーグル等の主要 AI 企業を、開示の実数と主力モデルで横並び比較 横並び比較開く → 半導体企業 比較ツール エヌビディア・TSMC・ASML から東京エレクトロン・ディスコまで、工程・製品・日本企業との取引で横並び比較 横並び比較開く → 系統用蓄電所ランキング 上場48社 送電網に直結した系統用蓄電所のうち、稼働中の設備に一次ソースで名前が出る上場企業 48 社を蓄電容量の企業別合算で順位付け 一次ソースの台帳 (2026-09-12 時点)開く → 世界のデータセンター一覧 世界 169 か国 5,875 拠点のデータセンターを日本語で一覧化。運営事業者・所在都市・接続ネットワーク数・回線事業者数から設置先を比較 施設データベース開く → AI計算資源・大規模モデル 体系解説 トークン化・注意機構・自己回帰・MoE の仕組みから、FLOPS・トークン原価・GPU クラウドの収支・冷却まで、設計理由を投資家視点で 体系解説開く → Postation AIアカデミー IPA の DX 推進スキル標準 6 類型 17 ロールを、理論・アルゴリズム・メカニズムの 3 視点で書き下ろした教科書 教科書開く → 半導体 用語辞典 半導体の技術用語を「とは」から引く索引。1 行定義と、基礎・高級・投資者視点の 3 段深度で 1 語 1 ページ 「とは」から引く開く → イラン制裁×中国製油所×日本株 イラン産原油禁輸の復活、中国独立系製油所 5 社への OFAC 制裁、ホルムズ海峡の戦争保険料を、規制タイムラインと日本株マップで 対中規制レンズ開く → 中国の対日輸出規制リスト×影響銘柄 中国商務部が 2026 年 2 月・6 月に指定した対日輸出規制の管理リスト 40 団体・注視リスト 40 団体と、リスト入りした日本企業・影響銘柄 対中規制レンズ開く →

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