sciencompassサイトマップsciencompass今勉強していること、これまで勉強してきたことを発信してます。半導体物理や数学、英語などの記事を書いています。次世代のパワーデバイスとして注目されていたGaNパワーデバイスですが、なかなか商用化されて普及してきませんでした。パワーデバイスが商品化するというニュースが発表されました。Atomシリーズの日本展開を発表ようやくGaNパワーデバイスが実用化されたと聞き、GaNパワーデバイスが今後いろいろな分野で使われるようになることが楽しみになりました。この記事では、GaNパワーデバイスが使われた経緯や、利点についてまとめます。今回GaNパワーデバイスが採用された理由について、先ほどの記事を見てみましょう。GaNは、その優れたエネルギー効率と耐圧性から、現在電子部品に主に活用されているシリコンに代わる存在として注目が高まっている半導体素材です。USB急速充電器へのGaNの採用メリットは、大きな電力をより効率的・安全に供給でき、かつ製品の小型化を図れることにあります。従来のシリコン半導体はエネルギー効率に限界があり、大きな電力を供給しようとすると電力のロスが熱となって発生しやすく、製品の安全性を高めるためには大型化が避けられないという課題がありました。Ankerは、この問題のソリューションをGaNに求めることで克服致しました。Atomシリーズの日本展開を発表”より引用。)この記事にある通り、GaNを採用した理由は、GaNパワーデバイスがSiパワーデバイスよりも高耐圧、高効率なデバイスということです。高耐圧であるためSiよりも高い電圧、高い電流で動作させることができます。これは高速充電のためには非常に重要な特性になります。加えて、Siデバイスよりも効率が良いため、Siパワーデバイスよりも小さいサイズで同じ出力をえることが出来ます。これはパワーデバイスの小型化につながります。デバイスサイズを小型化しつつ、高出力化を実現できる、それがGaNパワーデバイスになります。GaNパワーデバイスのメリットGaNパワーデバイスが高耐圧、高効率な理由について、詳細に見ていきます。材料の物性値から見てみましょう。Siと同じくパワーデバイスとして使用されているSiCと比較してみます。850*GaNデバイスは一般的にAlGaN/GaN構造を作り、AlGaNとGaN界面に形成される二次元電子ガス(2DEG)を利用します。括弧内に記載の値は、2DEGの移動度になります。表に示す通り、GaNはバンドギャップがSiよりも大きい材料になります。バンドギャップが大きいと、破壊電界の値が大きくなり、耐圧が向上します。こちらはSiCも同様です。次に、効率について比較してみます。効率について比較するときには、バリガ指数が用いられます。バリガ指数はデバイスの抵抗によるロスがどのくらいにあるかを比較するときに用いられる指標になります。バリガ指数の値が大きいほど、ロスが小さく、効率よくデバイスが動作できるようになります。バリガ指数で三種類の材料を比較すると、GaNが圧倒的に大きいことがわかります。これは、GaN中の電子移動度が高いことが理由です。)以上より、GaNが優れた物性値をもつ材料であり、Siのパワーデバイスよりも特性の良いデバイスを作成できることがわかります。物性値からSiパワーデバイスよりもGaNパワーデバイスは優れた特性を持っていますが、これまで使われてこなかったのは、コストの問題があります。高品質なGaNのバルク結晶を作製することは難しく、GaN基板は非常に高価です。先に実用化されているSiC基板もSi基板と比較するとまだまだ高価です。そこで、Si基板上にGaNパワーデバイスを作成することで、コストを下げる取り組みが行われています。半導体デバイスを作るプロセス工程のコストは基板の種類やサイズによって大きな差は生まれないため、基板コストを下げることは、製品コストを下げることにつながります。Si基板は半導体基板の中では最もサイズが大きく、直径200mmが主流です。GaN基板は2インチ(?)。)基板が大きくなれば、1枚のウェハからとれるデバイスの数が増え、1デバイスあたりの価格が下がります。SIデバイスと推測されます。Siデバイスには課題もあります。高電圧をかけると基板のほうが先に壊れてしまい、デバイスの動作がしなくなってしまう問題があります。Si基板は熱にも弱く、高温になるような特殊な場所には使いづらいと考えられます。GaN基板の開発も進めば、そういった特殊な用途へもGaNパワーデバイスが使用されていくと思います。(現在は、そういった特殊な環境ではSiCパワーデバイスが使われていると推測します。)まとめAnkerジャパンがGaNパワーデバイスを利用した充電器を発売することを発表したことを取り上げ、GaNパワーデバイスの特徴を、材料物性の話を交えながら説明しました。今後、ますますGaNデバイスが普及していくことを期待しています。最後までお読みいただきありがとうございます。それではまた次の記事でお会いしましょう。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。コメントデータの処理方法の詳細はこちらをご覧ください。関連記事HZB、ペロブスカイト/Siのタンデム構造太陽電池で、変換効率の新記録を達成これまで太陽電池はSiやGaAsなどの半導体によって作成されており、現在までに25%まで効率が上がってきています。そんな中、次世代の太陽電池の材料として、ペロブスカイトが期待されています。算出フェルミ準位の算出や半導体中のキャリア密度の算出は半導体物理の基礎とされています。...半導体物理:結晶構造について(1)私の専門の半導体について、大学やその先ではどんなことを勉強し、どういう知識を使って仕事をしているのかを紹介していきます。今回は半導体物理の基本から、結晶構造について説明します。...【半導体物理】GaNのフェルミレベルピンニングフェルミレベルピニングという現象が半導体ではよく知られています。Unitとは?科学の世界では、特性を議論するときには数値だけでなくその単位が何なのかが重要になります。NHKラジオ講座メタ情報ログイン投稿フィードコメントフィードWordPress.orgサイトマップsciencompass今勉強していること、これまで勉強してきたことを発信してます。半導体物理や数学、英語などの記事を書いています。