SiCパワー素子の技術開発競争、今後5年から10年が勝負 (1/5) | Telescope Magazine
No.008 特集:次世代マテリアル
Scientist Interview

SiCパワー素子の技術開発競争、
今後5年から10年が勝負

2015.03.31

木本 恒暢 (京都大学 工学研究科 電子工学専攻 教授)

発電所で作られた電力のうち、家電製品やパソコンなどに利用されるまでに、約10%の電力が送配電時の電圧・周波数の変換などで失われてしまう。持続可能な社会を築くには、こうした無駄な電力損失をいかに抑えるかが課題だ。しかし朗報がある。電力損失を劇的に削減する魔法のような素子があるのだ。SiC(炭化ケイ素)を使って作った半導体素子がそれである。SiC素子の技術開発は、日本が世界をリードしている。日本の産業界が、そして世界中が、その開発の行方と応用の広がりに大きな期待を掛けている。SiC素子開発で先駆的な役割を担う京都大学 教授の木本恒暢氏に、開発の現況と将来展望を聞いた。

(インタビュー・文/伊藤 元昭 写真/ネイチャー&サイエンス)

SiCパワー素子は天の配剤

──電力損失の削減に向けて、パワー素子を作る材料としてSiCに注目が集まっています。

SiCの研究開発には意外に長い歴史があり、過去にも何度か半導体素子用の材料として注目を浴びました。結晶の小さな片が出来たのは、1950年頃。そして、1960年から70年にかけては、高温下で動作できる特徴を活かして、半導体素子の応用を拡大するための技術開発が盛んに行われました。1980年代になると、青色発光ダイオードの材料として、再度SiCに注目が集まり、日本や米国で実際に製品化されました。ただし、いずれのブームも競合技術との競争に敗れて、沈静化してしまいました。

京都大学では1990年代初めに、SiCパワー素子の研究を始めていました(図1)。それ以前から、机上の計算では、SiCがパワー素子の材料として理想的な特徴を備えていることが分かっていました。SiCの物性を活かせば、Si(シリコン)よりもオン(導通)時の損失やスイッチング損失が小さい、エネルギー効率の高いパワー素子を作ることができます。さらに電力損失が低減した分,発熱量が減り,電力変換器の小型化が可能になります。また、スイッチング損失が小さいことを電力変換器の構成部品の小型化に活かしたり、高温下で動作できる特徴を冷却機構の小型化や省略に活かしたりすることもできます。

京都大学が研究を始めた時点では、こうした圧倒的な利点が分かっていながら、SiCを使ったパワー素子を研究している人はほとんどいませんでした。利点が霞んで見えるほど扱いにくい材料だったからです。

SiCとはの図
[図1] SiCとは

Copyright©2011- Tokyo Electron Limited, All Rights Reserved.