これにより、将来、IGBTを駆動するゲートドライブ回路の消費電力が大幅に低減されるとともに、従来のSi-CMOS回路技術との親和性が高まる。このことは、回路、システムレベルでの高性能化と低コスト化につながることが期待される。このスケーリングはIGBTのゲート周りの微細化であり、トランジスタの耐圧を決めるその下のn-ベース層の厚さは変えないので、n-ベース層の厚さの選択によって従来のIGBTが持つ1000~数1000Vの耐圧はそのまま維持される。表2に、今回の新構造IGBT(k=3)を現在市場にある製品も含めて比較したベンチマークを示す。°Cで)の低減が達成された。省エネルギー化には電力制御システムの高効率化が重要である。そのシステムは大規模では発電、送電、また鉄道や自動車から、小さいものでは家電製品やモバイル機器に組み込まれた電源回路に至るが、そこにはインバータに代表される電力制御装置が必須で、それを構成するパワー半導体トランジスタがその性能と製造コストに大きな影響を与える。パワートランジスタの市場は価格の面からSi-IGBTが主流で、今後10年以上にわたってこれは揺るがないと予想されている。Si-IGBTは種々の技術革新により高性能化、小型化と低コスト化を進めてきたが、昨今はその進化が飽和する傾向となり、デバイス技術のコモディティ化も予想され、次世代に向けた新たな技術革新が求められている。これまで日本はパワー半導体トランジスタの分野では世界の中で優位にあった。この分野での日本の産業力を今後も維持するためにも、日本発の新技術開発は大きな意義があり、特にその主流であるSi-IGBTの性能への技術革新は極めてインパクトが大きい。Si-IGBTの性能面では、低損失化が重要で、そのためにはオン抵抗の低減が必要である。新しい方法としてスケーリングに注目して、これを実現したのが今回の研究成果である。研究の経緯Si-IGBTのスケーリングによる高性能化技術は、2012年に九州工業大学の大村一郎教授らにより理論モデルをベースに提案された。これは、IGBTの電流制御を行うトレンチゲート周りの構造を幅方向と深さ方向に2次元的に縮小し、かつ、隣接するトレンチゲート構造同士の距離は広く保つという2次元的なスケーリングを行うものであり、特許提案を行っている。大村教授らは今回の研究を推進しているNEDOプロジェクトでの共同研究グループの一つである。スケーリング技術はデバイスシミュレーションに基づく提案だったが、実デバイスでの実証はこれまでなかった。実デバイスの作製には、構造設計において2次元の単純スケーリングスキームを試作に適したものに焼き直して、その特性を予想することや、プロセス技術の探索が要求され、さらにラッチアップ耐性の対応策の検討も必要である。トランジスタ単体の技術にとどまらず、これを使う回路技術上の課題もあった。このように基礎から応用まで含めた幅広い研究の必要性から現在の日本の産業界だけでこの研究を推進していくことは困難が伴い、産官学の連携が強く望まれていた。この課題を解決するため、2014年に産官学のNEDOプロジェクトが始まり、スケーリングによる新構造IGBTの試作研究とそれを活かす回路技術研究を密接に結びつけた体制のもとで研究が推進され、デバイス技術側での重要なマイルストーンとなる今回の研究成果を得た。今後の展開Si-IGBTは価格の面から少なくとも今後10年はパワーデバイスの主流を占めると予想されているが、一方で、性能向上の限界に近付いているともいわれてきた。今回の成果によって、スケーリングによる性能の向上が確認されたことは、日本がこれからもSi-IGBTという主流市場で価格競争でなく性能による差別化で勝負できるという意味で重要である。今回の実証は1/3のスケーリングであるが、さらにそれ以上の可能性も秘めた技術である。Si-IGBTのエネルギー損失を顕著に低減するこの技術が産業レベルで実用化されれば、電力制御システムの高効率化に直接貢献できる。低コスト化が実現し、これが世界に広く普及すれば将来の省エネルギー社会の実現への貢献が期待できる。エミッタ電極とコレクタ電極の間の電流を、絶縁層を介したゲート電極に加える制御電圧信号により制御するトランジスタ。高電圧、大電流を直接オン・オフできる高性能パワートランジスタとして広く用いられている。トランジスタがオン状態になるゲート電圧を入力している状態で、ある一定のエミッタ-コレクタ間電流密度におけるエミッタ-コレクタ間の電圧。この電圧と電流の積がトランジスタ内部でのエネルギー損失になるため、電圧を低減することが高効率化に重要である。薄い導電層に電流を横方向に流すことによりその層の電位が変動し、本来は絶縁状態にあるp形層とn形層の積層構造中に過剰電流が流れ、デバイス中に制御できない過剰電流がながれてしまう現象がラッチアップ。十分なラッチアップ耐性の確保はパワーデバイスにとって重要である。東工大の教育に関連するWebサイトの構成です。