第1章 概論
1 パワー半導体の現状・課題・展望
1. 1 パワーエレクトロニクス/パワー半導体技術進展への期待
1. 2 シリコンパワー半導体の進展
1. 3 SiCパワー半導体最新技術と課題
1. 4 GaNパワー半導体最新技術と課題
1. 5 まとめ
2 パワーエレクトロニクス装置の要求トレンドとパワーデバイス技術動向
2. 1 はじめに
2. 2 パワーデバイスの市場動向と製品適用
2. 3 基盤としてのデバイス技術
2. 3. 1 IGBT
2. 3. 2 RC-IGBT
2. 3. 3 SiC-MOSFET
2. 4 パワエレ装置の要求トレンドとパワーデバイス技術動向
2. 4. 1 モータドライブ
2. 4. 2 再生可能エネルギー
2. 4. 3 電動車(xEV)インバータ
2. 4. 4 電鉄インバータ
2. 5 あとがき
第2章 材料特性と開発
1 SiC半導体
1. 1 はじめに
1. 2 SiCの材料物性
1. 3 SiCのバルク結晶成長
1. 4 SiCのエピタキシャル成長
1. 5 デバイスプロセス技術
2 GaN半導体
2. 1 はじめに
2. 2 GaNの物性
2. 3 GaNの電気特性
2. 4 ヘテロ接合
2. 5 結晶成長方法および基板
2. 6 Mgイオン注入によるp型GaNの形成
2. 7 まとめ
3 酸化ガリウム材料・デバイス開発
3. 1 はじめに
3. 2 Ga2O3の物性
3. 3 Ga2O3単結晶バルク融液成長技術
3. 4 Ga2O3薄膜エピタキシャル成長技術
3. 5 Ga2O3ショットキーバリアダイオード開発の動向
3. 6 Ga2O3トランジスタ開発の動向
3. 6. 1 横型FET
3. 6. 2 縦型FET
3. 7 おわりに
4 ダイヤモンド半導体
4. 1 パワー半導体としての物性
4. 2 ウェハ開発
4. 2. 1 大面積化
4. 2. 2 基板の転位
4. 3 ドーピング
4. 3. 1 p型
4. 3. 2 n型
第3章 パワー半導体実装へ向けた技術・考え方
1 パワーモジュールのための接合技術
1. 1 はじめに
1. 2 WBGパワー半導体の接合
1. 3 焼結接合
1. 4 Ag焼結接合
1. 5 Agの低温焼結への溶剤の効果
1. 6 Cu焼結接合
1. 7 これから
2 小形表面実装部品のための基板放熱の活用
2. 1 はじめに
2. 2 電子機器の小形化と熱問題
2. 2. 1 電子部品の小形化・高熱流束化
2. 2. 2 基板放熱の重要性
2. 3 基板熱設計の指針
2. 4 基板パターンの熱抵抗と簡易算出手法
2. 4. 1 放熱パターンの熱抵抗
2. 4. 2 Leeの式を応用した基板熱抵抗の算出
2. 4. 3 修正Leeの式の妥当性と適用範囲
2. 5 まとめ
3 システム価値を高める接合技術
3. 1 はじめに
3. 2 ミッションプロファイルベースアプリケーション価値
3. 3 Si-IGBT用の高信頼性ハンダ
3. 4 SiC-MOS-FET用の高温接合材料
3. 4. 1 超塑性(SP:Superplastic)ハンダ
3. 4. 2 Cuシンタリング
4 過渡の振る舞いが高精度な“熱抵抗・熱容量”素子モデル
4. 1 はじめに
4. 2 DNRCモデルとDSRCモデル
4. 2. 1 伝熱設計でTJを求める際の課題
4. 2. 2 DNRCモデル
4. 2. 3 DSRCモデル
4. 2. 4 DNRCモデルとDSRCモデル活用の嬉しさ
4. 3 モデルの活用例
4. 4 おわりに
5 次世代パワー半導体材料基板の超精密加工技術
5. 1 はじめに
5. 2 基板加工プロセス
5. 2. 1 スライスおよび粗研削
5. 2. 2 両面ラッピング
5. 2. 3 精密機械研磨
5. 2. 4 化学機械研磨(CMP)
5. 2. 5 その他
5. 3 終わりに
6 次世代パワーデバイスを用いた電力変換器のための回路方式と考え方
6. 1 電圧形変換回路の動作
6. 2 SiC-SBDの採用によるターンオン損失の低減
6. 3 SiC-MOSFETのボディダイオード通電回避
6. 4 超高周波化の実現のためのゼロ電圧ターンオン技術
7 SiCパワーデバイスの社会実装に向けた実装技術
7. 1 はじめに
7. 2 ハイブリッド電動航空機に向けて,重量・効率に関する試検討
7. 3 高速スイッチングを容易に利用できるようにするための技術開発
7. 4 今後の展望
第4章 デバイス技術・開発
1 低損失・高信頼なSiCパワーMOSFETの開発
2 ダイヤモンド半導体のデバイスプロセスと反転層チャネルMOSFET
2. 1 はじめに
2. 2 ダイヤモンド表面制御プロセス
2. 3 ダイヤモンド反転層チャネルMOSFETの現状
2. 4 ダイヤモンド反転層チャネルMOSFETの課題
2. 4. 1 界面準位
2. 4. 2 ダイヤモンドエッチングプロセス
2. 5 まとめと今後の展望
3 ダイヤモンド放熱を利用したGaN HEMTの性能向上
3. 1 はじめに
3. 2 GaN HEMTの放熱技術とダイヤモンドの適用
3. 3 GaN HEMT上面へのダイヤモンド適用
3. 4 GaN HEMT下面へのダイヤモンド適用
3. 5 今後の展望
4 All-SiCパワーモジュールの性能を引き出すゲートドライバーモジュール
4. 1 はじめに
4. 2 ゲートドライバー概要
4. 2. 1 ゲートドライバーの内部構成
4. 2. 2 ゲートドライバーの仕様
4. 3 All-SiCパワーモジュールの特徴
4. 4 All-SiCパワーモジュールの駆動事例
4. 4. 1 短絡耐量に対応した駆動事例
4. 4. 2 閾値電圧VGS(th)に対応した駆動事例
4. 4. 3 オン抵抗による損失低減とゲート電圧の安定性を両立させる駆動事例
4. 4. 4 高いdv/dtに対応した駆動事例
4. 5 まとめ
5 SiCパワーデバイスを搭載した電力変換モジュール開発の取り組みと製品への搭載事例
5. 1 はじめに
5. 2 スーパークラスタープログラム
5. 2. 1 非絶縁型DC/DCコンバータの開発
5. 2. 2 非絶縁型AC/DCコンバータの開発
5. 2. 3 課題
5. 3 クリーンデバイス社会実装推進事業
5. 3. 1 超小型電力変換モジュール開発背景
5. 3. 2 超小型電力変換モジュール仕様と評価結果
5. 4 超小型電力変換モジュールの製品採用
5. 5 今後の展開
第5章 評価・標準化
1 次世代パワー半導体素子開発を支える分析・評価技術
1. 1 はじめに
1. 2 二次イオン質量分析法(SIMS)を用いた不純物分析
1. 3 走査透過型電子顕微鏡(STEM)を用いたp-n接合界面評価
1. 4 カソードルミネッセンス(CL)法を用いた欠陥評価
2 SiCウェハ品質検査技術と国際標準化
2. 1 はじめに
2. 2 SiCウェハ品質検査技術開発
2. 2. 1 SiCエピ欠陥の非破壊検査技術開発
2. 2. 2 光学検査手法,PL法,XRT法を使用した3チャンネルSiCウェハ欠陥検査技術開発
2. 2. 3 SiCバルクウェハ品質の非破壊検査技術開発
2. 3 SiCパワー半導体技術分野に関する国際標準化
2. 3. 1 SiCエピ欠陥の非破壊検査法に関する国際標準規格
2. 3. 2 SiCパワー半導体デバイス信頼性試験法に関する国際標準化
2. 4 まとめ
第6章 モビリティへの展開
1 移動応用に向けたパワーエレクトロニクス技術動向とその高電力密度化技術
1. 1 はじめに
1. 2 移動体パワーエレクトロニクス機器の技術動向とパワエレ技術
1. 2. 1 車載応用の動向
1. 2. 2 航空機応用の動向
1. 3 高周波駆動による電力変換回路の高電力密度化とその課題
1. 3. 1 パワー半導体の高周波駆動と磁気素子のサイズの関係
1. 3. 2 高周波駆動による体格低減効果と発熱実測結果
1. 4 おわりに
2 xEV向け高温高出力密度パワー半導体モジュール
2. 1 背景
2. 2 日立パワーデバイスの取り組み
2. 3 サイドゲートIGBTによる低損失化
2. 4 SnCu系高耐熱はんだによるパッケージ信頼性向上
2. 5 おわりに
3 電気駆動車用パワー半導体のパッケージ技術
3. 1 はじめに
3. 2 自動車を取り巻く環境
3. 2. 1 気候変動枠組条約をめぐる動き
3. 2. 2 電動化の動きと電気駆動車の構成
3. 3 電気駆動車用パワー半導体モジュールの特徴
3. 3. 1 パワー半導体モジュール構造の変遷
3. 3. 2 電気駆動車用パワー半導体モジュールの構造
3. 3. 3 電気駆動車用パワー半導体モジュールの冷却構造
3. 4 直接水冷構造用冷却器設計
3. 4. 1 冷却性能の原理(対流熱伝達)
3. 4. 2 冷却器の高放熱化
3. 5 直接水冷構造の課題
3. 5. 1 接合部信頼性
3. 5. 2 耐腐食信頼性
3. 6 おわりに
4 車載エレクトロニクス用高耐熱,高放熱実装材料の設計と評価
4. 1 はじめに
4. 2 パワーデバイスモジュールの技術動向と実装材料
4. 3 パワーモジュール実装材料評価用プラットフォームと材料設計
4. 4 封止樹脂の開発
4. 5 プラットフォームによる実装材料評価
4. 5. 1 大面積SiCパワーチップによる高耐熱実装材評価
4. 5. 2 各種実装材料に特化した評価の課題
4. 6 これまでの結果と進展状況
5 電動化航空機とパワーエレクトロニクスの展望
5. 1 航空機の電気化および電動航空機の開発状況
5. 2 電気・電動化航空器の電力変換器
5. 2. 1 装備品用電力変換器
5. 2. 2 推進FAN駆動用電力変換器
5. 3 グリッドシステムの信頼性と半導体遮断器
5. 4 電力変換器の信頼性とパワー半導体
第7章 5Gなどの通信への展開および気象観測などレーダへの展開
1 無線通信用GaN HEMTデバイス
1. 1 はじめに
1. 2 GaN HEMT技術
1. 2. 1 材料物性
1. 2. 2 GaN HEMTの構造と基本特性
1. 3 携帯電話基地局用GaN HEMT増幅器
1. 4 基地局間通信用GaN HEMT
1. 5 衛星通信地球局用GaN HEMT
1. 6 衛星搭載用GaN HEMT
1. 7 レーダー用GaN HEMT
1. 8 まとめ
2 5G基地局用GaN増幅器モジュールの小型・高効率化技術
2. 1 はじめに
2. 2 サブ6基地局高出力増幅器技術動向
2. 3 ミリ波における基地局増幅器技術動向
2. 4 まとめ
3 高速通信機器用パワーデバイスのパッケージング技術と課題
3. 1 はじめに
3. 2 パワーデバイス
3. 2. 1 機能
3. 2. 2 種類
3. 2. 3 用途
3. 2. 4 開発動向
3. 2. 5 注目分野
3. 3 高速通信用途
3. 3. 1 高速通信
3. 3. 2 高速通信用パワーデバイス
3. 4 パワー半導体の封止技術
3. 4. 1 封止方法
3. 4. 2 封止材料
3. 5 パワー半導体用封止材料の課題
3. 5. 1 発熱対策
3. 6 パワーモジュール用回路材料の課題
3. 6. 1 回路材料の低誘電化
3. 7 新規パワーデバイス用材料の開発
3. 7. 1 パワー半導体用封止材料
3. 7. 2 パワーモジュール用回路材料
3. 8 おわりに
4 GaN HEMTsを用いたフェーズドアレイ気象レーダ
4. 1 はじめに
4. 2 気象レーダのフェーズドアレイ化による観測の高速高密度化
4. 3 マルチパラメータ化による降水観測精度向上と多要素観測
4. 4 固体化送信機
4. 5 マイクロ波半導体
4. 6 まとめ
第8章 エネルギーへの展開
1 次世代パワー半導体デバイスとワイヤレス給電への応用展望
1. 1 はじめに
1. 2 結合型ワイヤレス給電のための次世代パワー半導体
1. 3 結合型ワイヤレス給電のための次世代パワー半導体―送電回路用FET―
1. 4 結合型ワイヤレス給電のための次世代パワー半導体―受電回路用ダイオード―
1. 5 おわりに
2 電気エネルギーシステムの小型化・低消費電力化に貢献するパワーモジュールの開発
2. 1 要旨
2. 2 パワーモジュールを取り巻く市場環境とパワーモジュールへの要望
2. 3 パワーモジュールの開発
2. 3. 1 概要
2. 3. 2 パワーチップ技術
2. 3. 3 パッケージ技術
2. 3. 4 パワーモジュール開発に関わるその他の主な取り組み
2. 4 むすび
