次世代の半導体で電力問題を解決する

省エネルギーに役立つ半導体

近年、電力の需給がひっ迫して大きな問題になっています。そこで、省エネルギーを進めるためにさまざまな研究が行われています。電力を機器に合った使いやすい形に変換する「パワーデバイス」もその一つで、そこに使われる半導体の改良が進められています。

電力変換による損失を激減させる

発電場所から家庭などに届くまでに、電力は何度も変換されます。変換の度に発生する損失は、トータルでおおよそ10％程度に及ぶと見積もられています。変換器に使われている半導体の素材はシリコンですが、これを窒化ガリウムに置き換えると損失が1％程度に減ります。ここ数年間の日本の全電力発電量に占める原子力発電の割合は4～6％ですから、それをはるかに上回る量の電力を浮かせることができるのです。
なぜ損失が減らせるかというと、窒化ガリウムはシリコンよりも高い電圧に耐えることができ、薄くても壊れないことから、抵抗が小さくなり熱損失が少なくなるためです。家庭用ACアダプターなどには、既に窒化ガリウムが使われています。しかし、電気自動車などに使えるようにするためには、より高品質な結晶を作ることが必要です。家庭用の電圧は100Ｖですが、電気自動車では1200Ｖもの高電圧に耐える必要があり、現在の技術で作った結晶やデバイスでは十分な性能が得られないのです。

より高品質な結晶作製をめざして

窒化ガリウムは自然界には存在しない人工的に作られた比較的新しい物質なため、結晶に関する知見の蓄積が限られています。より高品質な結晶を作製するために、結晶のどこに問題があるかを調べる計測手法から開発が進められています。
窒化ガリウムは、白色LED照明の光源である青色LEDの材料でもあります。青色LEDを実現可能とする窒化ガリウムの結晶作製技術により、日本から3名の研究者がノーベル賞を受賞しました。次世代半導体の素材として窒化ガリウムの研究が世界中で盛んに行われていますが、その中でも日本での研究が活発で多くの成果をあげています。

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先生情報 / 大学情報

大分大学理工学部理工学科電気エネルギー・電子工学プログラム准教授大森雅登先生

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半導体工学、固体物理学、量子力学

先生が目指すSDGs

メッセージ

あなたが使っているスマートフォンがどんな仕組みで動いているか、考えてみたことはありますか。こんなに小さな機械でとても複雑なことができるのはなぜでしょう。線でつながっていないのに電話やインターネットができるのも不思議だと思いませんか。これに限らず、身の回りの家電製品がどういった原理で動作し、どのように作られているのかを調べてみましょう。さまざまな半導体が使われ、ノーベル賞を受賞した技術も駆使されていることがわかるはずです。半導体が身近にあることに気づき、関心を持ってもらえたらうれしいです。

先生への質問

先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

大分大学に関心を持ったあなたは

大分大学では学びの習得とともに、豊かな人間力の獲得が求められます。人間力とは総合的な社会人の能力を指し、幅広い学識に加えて強靱な意志と責任感やリーダーシップ、豊かな意思伝達能力、確固たる倫理観などが含まれます。これらは日々の学びに加えて、ゼミやサークルなどにおける友人や教員達との交流により養われると思います。メディアを通し、社会が何を求めているかを敏感にキャッチすることも必要です。また、就職時採用の際に必要なものも人間力です。大学生活の中で、ぜひ人間力を身に付けていただきたいと思います。