パワー半導で世cをリードするニッポン
次世代リニア新(chu┐ng)線などのZをU(ku┛)御するパワーエレクトロニクスでは、j(lu┛)きな電気的負荷を~動することが求められる。負荷にj(lu┛)電を印加し、かつ停Vするスイッチ動作を行わせる要がある。そのためには、MOSFETなどのスイッチング素子が~効であろう。
1,000Vを越える高電圧の場合は炭化珪素(シリコンカーバイドSiC)で作られたMOSFETが検討され、実に到る見込みだ。炭化珪素はシリコンと比べて高耐圧のみならず高a(b┳)という壅Fな環境でも優位である。しかもX伝導度においてもシリコンをj(lu┛)きく越える。我が国の半導業cはSiC MOSFETにおいて先進的であることは、2009Qのこのセミコンポータルの記(参考@料1)でも見られる。
高a(b┳)性の理y(t┓ng)は、禁V帯の幅にある。tち、シリコンのバンドギャップは1.1eVなのだが、炭化珪素のそれは4H-SiC型T晶の場合、3.26eVと高い。それ故に周囲a(b┳)度によって励される少数キャリアはj(lu┛)幅に少なくなる。T果は、シリコンの場合の動作a(b┳)度150度に瓦靴特魂酬樵任任200度を越える高a(b┳)動作が可Δ砲覆辰拭そして高い禁V帯幅は高耐圧性をもたらす。四戸孝(hu━)が執筆した東レビュー誌(参考@料2)によると、炭化珪素の3|のT晶型のうち六(sh┫)晶Uの4H-SiCは、峙にしたj(lu┛)きなバンドギャップに加えて、1,000 cm2/V・secとシリコンにZい電子‘暗戮鬚發辰討い襦このため、4H-SiC型炭化珪素T晶のMOSFETが~W(w┌ng)である。
半導材料は、よく瑤蕕譴討い襪茲Δ謀杜U(ku┛)御などに最適なデバイスを擇濬个擦襦もちろん、半導を越える電U(ku┛)御デバイスは現時点でT在しない。半導販売ランキングで岼未砲△襯ぅ鵐謄襦TSMC、クアルコムなどはパワー半導においてはx場で争できるデバイスや\術を保~していない。L外で炭化珪素デバイスの開発で瑤蕕譴討い覺覿箸魯疋ぅ弔離ぅ鵐侫ニオンだ。同社はシーメンスの半導靆腓独立した会社だが、炭化珪素の接合型(J)FETとショットキーバリアダイオードを販売している。
パワー半導において今後はMOSとJFETが陣Dり合戦をするだろう。筆vは偏見かもしれないが、以下で述べるトレンチ形XをU型構]にして耐破s性を高めた日本の\術がMW(w┌ng)すると考えている。この構]は電cを分gして集中しない工夫があるので破sに瓦靴得莵垓\術に比べて~W(w┌ng)だと思う。しかし、インフィニオンのJFET については内霍暑]がわからないのでトレンチの優位を(d┛ng)く定できなくてがゆく思っている。
10月22日、日本経済新聞は菱電機が作った次世代型MOSFETを紹介した。MOSFETの優れた性で電失が抑えられI電にj(lu┛)きく寄与できる。しかしながら破の問があって垉遒砲麓存修靴覆った。この記によれば、菱電機は新しい\術を開発し600V以屬旅眦徹気鯡筱なく、数nsの]時間でオン/オフする実xに成功している。デバイスの内容はの細書にo開されているはずだ。
o開する法的根拠となる法の64条には、「?z─i)D拘韻蓮出願の日か?Q6月を経圓靴燭箸は、掲載o報の発行をしたものを除き、その出願について出願o開をしなければならない」と定めている。o開する`的は何か?発を出願した\術に限定してその個人もしくは会社に排他的な独権を与える見返りがあるからだ。このo開によって、最先端\術を無償で学ぶことができる。したがって法はテクノロジーの発tを加]させる。o報から学んだ人は触発されて(g┛u)に高度の発をすることになるかもしれないのである。
このo開U(ku┛)度のお?ji┌ng)で、筆vのように無瑤頁擇盥眦戮僻の内容を学ぶことができる。筆vはウェブで電子図書館を調べて当該発と考えられるo開o報を読んだ。発の徴はゲート電極がUC(j┤)型のトレンチにmめ込まれたトレンチ絶縁ゲート型半導(MOSFET)であり、構]はe型であることがわかった。
トレンチは1990Q頃DRAMなどのLSIにHされて広まった。半導]\術において世cで最初にトレンチを導入して盜の細書でo開したのは、IBM社だった。1974Q5月、バイポーラトランジスタの法発だ。我が国のトレンチを含むデバイス構]の発は1991Qなので1970Q代〜1980Q代の盜颪砲ける集積v路\術は優れたものがH々あったと言うべきだ。
菱のトレンチゲート型の発の要は、](sh┫)法が比較的にシンプルで]しやすい点のみならず、ゲートに加える電cがそのUC(j┤)構]に\けられて分gし、集中しないようになっているため、破sされにくいようだ。
菱だけではなく、ニッポンの@鋭ローム並びにデンソー(参考@料3)においても炭化珪素デバイスが開発されていて、頼もしい限りだ。当たりiだが半導ランキングで岼未任覆てもこれらの会社が世cの繁栄に寄与している度合いは偉j(lu┛)なものがある。
参考@料)
1. シリコンカーバイドの登場 (2009/12/11)
2. 東レビュー Vol. 59 No.2, 2004
3. ンソーテクニカルレビュー Vol. 16 No. 8, 2011