世界最高性能のパワー半導体を作る

なぜACアダプターは熱くなるのか

パソコンや携帯電話のACアダプターは、充電していると熱くなります。それはなぜでしょう？
ACアダプターは、交流の電気を直流に変換し、製品に合うように電圧を下げる役割を担っています。この電流や電圧の変換時に熱が出るのです。しかし、この熱は結局捨ててしまうので、それだけ電気エネルギーを無駄に使っていることになります。

パワー半導体の需要は今後急増

ACアダプターの中で交流と直流の変換を受け持つデバイス（トランジスタやダイオード）を、「パワー半導体」と言います。パワー半導体は、家電製品をはじめ自動車や産業機械など電気が関わるほぼすべての領域で使われています。今後、大量使用が予想されるのが電気自動車／ハイブリッド車です。モーターを動かすには、バッテリーの電流を直流から交流に変える必要があるからです。また太陽光発電や風力発電など自然エネルギーを利用するときにもパワー半導体が必要です。パワー半導体は、地球環境を考えるうえで欠かせない技術なのです。そして、エネルギーの無駄をなくすために、パワー半導体の性能向上が求められています。

材料を変えて性能を高める

いま新しい材料を使ったパワー半導体が注目されています。材料を従来のSi（シリコン）からSiC（シリコンカーバイド）に変えることで、頑丈でエネルギー損失が10分の1ですむパワー半導体が生まれました。しかも、高温でも正常に動作するので、冷却システムがいりません。SiCパワー半導体の高性能の秘密のひとつは、その結晶構造にあります。SiとC（炭素）を1対1の割合で合成すると、原子間の結合が極めて強い結晶になるのです。
日本はSiCパワー半導体の研究開発で、世界のトップを走っています。研究の結果、変電所で扱うような2万ボルトの高い電圧をかけても壊れない世界最高レベルのパワー半導体も開発されました。量産するための課題は残されていますが、パワー半導体がSiCタイプに置き換えられるようになれば、省エネの切り札になるでしょう。

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先生情報 / 大学情報

京都大学工学部電気電子工学科教授木本恒暢先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

電気電子工学、半導体工学

メッセージ

電子工学の分野で研究されている半導体の基礎となる学問は、固体物理学です。ですから、あなたが半導体の分野に挑戦したいなら、物理をしっかり学んでおいてください。
物理学の面白さは、身の回りの不思議な現象に気づいて「なぜ？」と疑問を持ち、その答えを考えることにあります。答えのある問題を解くのではなく、自分で問いを立てることがスタートなのです。世の中には不思議な現象があふれています。それを探る経験は、将来きっと発明や技術革新につながると思います。

先生への質問

先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

京都大学に関心を持ったあなたは

京都大学は、創立以来築いてきた自由の学風を継承し、発展させつつ、多元的な課題の解決に挑戦し、地球社会の調和ある共存に貢献するため、自由と調和を基礎にして基本理念を定めています。研究面では、研究の自由と自主を基礎に、高い倫理性を備えた研究活動により、世界的に卓越した知の創造を行います。教育面では、多様かつ調和のとれた教育体系のもと、対話を根幹として自学自習を促し、教養が豊かで人間性が高く責任を重んじ、地球社会の調和ある共存に寄与する、優れた研究者と高度の専門能力をもつ人材を育成します。