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省エネの切り札として期待される次世代パワー半導体材料のSiCとGaN。両材料を用いたパワー素子の利用環境が整いつつある。SiC製ダイオードは、鉄道向けモータ用インバータ装置や、家庭用のエアコンなどへ採用され始めた。一方GaN系パワー素子も、製品化が徐々に始まっている。

 コンバータやインバータといった電力変換器で、その電力制御に利用する「パワー半導体」。そのパワー半導体材料に次世代の波が押し寄せている。SiC(シリコンカーバイド、炭化珪素)やGaN(ガリウムナイトライド、窒化ガリウム)である。いずれも現行材料であるS(i シリコン、珪素)の物理特性を凌駕する、「省エネの切り札」として電力会社や自動車メーカー、電機メーカーなどが大きな期待を寄せている。SiをGaNやSiCといった化合物半導体に置き換えることで、Si製パワー半導体素子(以下、パワー素子)で実現できない大幅な効率向上や小型化が見込めるためである。

 現在さまざまな分野で、Si製のダイオード、MOSFETやIGBT(絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ)といったトランジスタがパワー素子として利用されている。例えば、送電システムや電車、ハイブリッド車、工場内の生産設備、太陽光発電システムで利用するパワー・コンディショナー、エアコンを始めとする白物家電、サーバー機やパソコンなどの分野である。こうした分野で利用されるパワー素子の材料として、Siに替わってGaNやSiCが利用できるようになる(図1)。

図1 次世代パワー半導体の用途は広い
さまざまな分野で使われる電力変換器でGaNやSiCといった次世代パワー半導体を利用できる。例えば送電システムや電車、ハイブリッド車や電気自動車を始め、エアコンなどの白物家電、太陽光発電システムで利用するパワー・コンディショナー、サーバー機などである。電力変換効率の向上だけでなく機器の小型化や軽量化にも貢献する。
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 例えばSiCは、鉄道車両向けモータ用インバータ装置や、エアコンなどへの採用が既に始まっている(図2)。

図2 SiC製パワー素子の採用事例が増える
SiC製パワー素子は、鉄道車両向けモータ用インバータ装置や、家庭用のエアコンへ採用されている(a,b)。写真は、いずれも三菱電機製の ダイオードである。
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