次世代半導体で「熱くならない（高効率な）パワーデバイス」を

電力変換ロスがUSB充電器を熱くする

身近な電化製品の多くに「パワーデバイス」と呼ばれる半導体素子が使われています。発電所から各家庭や事業所に配電された交流の電流を直流に変えたり、電圧を変えたりする半導体素子です。
スマートフォンの充電中にUSB充電器が温かくなった経験があると思いますが、主に変換しきれなかった電力が熱になるからです。これまで、この「電力変換ロス」の改善が行われてきましたが、従来のシリコン半導体の物性限界により、これ以上の改善は困難な状況となっています。

次世代のパワーデバイスとは？

そこで「ワイドバンドギャップ半導体」と呼ばれる、絶縁破壊電界が大きく電力変換ロスが少ない次世代半導体材料に注目が集まっています。例えば青色発光ダイオード（LED）として既に広く普及しているガリウム（Ga）と窒素（N）の化合物である窒化ガリウム（GaN）系半導体は、次世代パワーデバイス半導体材料としても研究が進められています。GaN系半導体は高効率USB充電器として既に実用化が始まっています。しかしながらパワーデバイスとして真の実力は未だ発揮できていません。なぜなら、性能を最大限に引き出すためには、さらに高度化されたデバイス構造を実現する必要があるからです。

絶縁膜／半導体界面の評価と制御

パワーデバイスとしての性能を最大限引き出すための要素技術の1つとして、Metal‐Oxide‐Semiconductor（MOS）構造があります。これは金属‐酸化物（絶縁体）‐半導体の積層構造のことです。ごく一部の半導体を除き、実用化に堪えうるMOS構造は実現されていません。そこで次世代パワーデバイス実現の鍵となる絶縁膜／半導体界面の特性評価や、実用化に堪えうるMOS構造形成プロセスの研究が進められています。
AIや電気自動車の普及で、電力需要はますます高まっています。次世代パワーデバイスの開発は、火力発電所での二酸化炭素排出量削減、地球温暖化の解決につながるとして、社会から実現が待ち望まれています。

参考資料

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熊本大学工学部半導体デバイス課程准教授谷田部然治先生

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半導体工学、電子工学、表面科学

メッセージ

半導体は、身近な家電から医療機器や電気自動車などの命に関わる機械まで、あらゆる機器に使われており、種類もさまざまです。半導体が無ければどのような産業も成り立たないほど、半導体は生活や産業に広く深く浸透しています。熊本県には世界トップレベルの半導体企業が集まっており、本学ではそのニーズにこたえられるような半導体の専門家を育成するため、半導体デバイス工学課程を設置しています。工学部の中でも、半導体を専門的に勉強できる特徴的なカリキュラムになっています。あなたも学んでみませんか？

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熊本大学は、「総合大学として、知の創造、継承、発展に努め、知的、道徳的、及び応用的能力を備えた人材を育成することにより、地域と国際社会に貢献する」という理念に基づき、地域のリーダーとしての役目を果たしています。かつ、世界に向け様々な情報を発信しながら、世界の学術研究拠点、グローバルなアカデミックハブとして、その存在感を高める努力をし、教育においては、累計30件にも及ぶ「特色ある教育プログラム」が優れた取り組みとして文部科学省から認定され、その教育力の高さと質の高い教育内容は定評のあるところです。