次世代パワー半導体の開発動向と応用展開

Recent Progress of Next-Generation Power Semiconductor Devices and Their Applications

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