半導体シリコンの地学／上

　スマートフォンやデータセンター、電気自動車（EV）など、ハイテク産業の要となる半導体の原材料は、珪石(けいせき)と呼ばれる岩石で、原子番号14の元素であるケイ素（Si）を大量に含んでいる。産業界では元素名のケイ素より、英語名シリコンのほうが広く知られている。IT産業の集積地である米西海岸シリコンバレーの名前が示すように、最先端の電子機器に必須の材料がケイ素なのである。

　珪石は主に二酸化ケイ素（SiO₂）からなる。地球の内部を見ると、表面の地殻とその下のマントルの約半分は二酸化ケイ素からなり、最下部の核は鉄とニッケルの金属でできている。地球上の岩石の半分近くは二酸化ケイ素からなっており、どこにでも大量に存在している。そもそもケイ素自体が宇宙では7番目に多い元素である。

　二酸化ケイ素は天然では水晶や石英、メノウと呼ばれる鉱物、また、チャートと呼ばれる岩石に含まれている。純粋な二酸化ケイ素は水晶の結晶のように無色透明であるが、不純物を含む場合には色がついたり不透明になったりする。自然界にはシリコン99％からなる純度の高い珪石が存在し、これらが半導体の原材料として採掘される。

純度イレブンナイン

　シリコンが半導体の基板であるシリコンウエハーや太陽電池の基幹材料になるまでには、数多くのプロセスを経る。最初に、純度の高い珪石にコークスや木炭を混ぜる。これらを電気炉の中で…