Last Update 2020/04/07
Siの限界を打破するSiC/GaN半導体パワー・デバイスの普及が目前に！
グリーン・エレクトロニクス No.9
ワイドギャップ半導体の研究
B5判 128ページ
定価2,420円(税込)
JAN9784789848398
2012年8月1日発行
好評発売中！
■見本PDF(1,138KB) 現在使用されている最先端のパワー・デバイスはSi(シリコン)という半導体材料がもつ性能を，ほぼ限界まで引き出しており，Siの物性の限界から大幅な発展は困難な状況です．そんななかで，近年，大きな注目を集めているのが，ワイド・バンド・ギャップ半導体デバイス(ワイドギャップ半導体)です．ワイドギャップ半導体は，Siに比べてパワー・エレクトロニクス応用の観点で素晴らしい物性を有しており，大きなポテンシャルを秘めています．ワイドギャップ半導体を使えば，Siでは到底実現不可能な，低損失，高速スイッチング，高温動作が可能になります．
本書では，半導体デバイスの動作原理について説明し，なぜワイドギャップ半導体によって優れたパワー・デバイスが実現できるかを説明します．なかでも研究が進んでおり，非常に有望な材料である，炭化硅素(SiC)と窒化ガリウム(GaN)について，それぞれの材料の特徴，基礎研究の進展具合，具体的なデバイスの開発状況について紹介します．
本書では，半導体デバイスの動作原理について説明し，なぜワイドギャップ半導体によって優れたパワー・デバイスが実現できるかを説明します．なかでも研究が進んでおり，非常に有望な材料である，炭化硅素(SiC)と窒化ガリウム(GaN)について，それぞれの材料の特徴，基礎研究の進展具合，具体的なデバイスの開発状況について紹介します．
目次
プロローグ パワー・エレクトロニクス用半導体デバイスの重要性
■ コラム 次世代DVD実現のキー・デバイス…GaN紫色半導体レーザ・ダイオード
スイッチング素子としての応用面から見た
第1章 パワー・エレクトロニクス用半導体の性能指標
■ パワー・デバイスの性能指標
■ スイッチング・デバイスの性能指標
■ 簡単なパワー回路での性能指標の重要性の確認
■ スイッチング損失が重要なパワー回路の例
■ コラム スイッチングと増幅の違い
パワー・デバイスの動作原理を理解するために
第2章 半導体デバイスの基礎知識
■ エネルギー・バンド理論による金属/半導体/絶縁体の区別
■ 真性半導体と外因性半導体
■ 半導体内での電気伝導
■ キャリアの生成・再結合
■ 金属-半導体接合
■ pn接合
■ JFET構造
■ MOS構造
■ HEMT構造
■ パワーMOSFETの断面図の読み解きと動作特性
■ パワーIGBTの断面図の読み解きと動作特性
パワー・デバイスで最も重要な性能指標
第3章 耐圧とオン抵抗のトレードオフ
■ 半導体の絶縁破壊の基礎〜なだれ破壊とツェナー破壊
■ 単純なpn接合ダイオードの解析
■ Siユニポーラ・リミット
■ ワイドギャップ半導体
■ コラム 別の方法でSiユニポーラ・リミットを越える〜超接合のコンセプト
温度が高くなるとどのようなことが起こるのか
第4章 動作可能温度を決める要因
■ 温度が高くなると起こること
■ 半導体のキャリア密度の温度変化の解析
材料開発の歴史から今後の展望まで
第5章 SiCパワー・デバイスの開発状況
■ SiC材料開発の歴史と現状
■ いろいろな結晶構造のSiC
■ SiC SBDはすでに商品化，いよいよ普及段階
■ SiC MOSFET…次世代パワー・デバイスの最本命
■ SiC JFET…ノーマリ・オンだが実力は素晴らしい
■ SiC BJT…BJTのリベンジなるか?
■ SiC PiNダイオード，SiC IGBT…過去に類を見ない究極の超高耐圧パワー・デバイス
■ 今後のSiC
■ コラム 宝石としてのSiC
■ コラム MOSFETに関しては3C-SiCにチャンス
■ コラム ワイドギャップ半導体は日本発！
次世代パワー・デバイスの本命となるか
第6章 GaNパワー・デバイスの開発状況
■ GaN材料開発の歴史
■ GaNパワー・デバイス
■ HEMTのノーマリ・オフ化
■ GaN/Siパワー・デバイス…Siに迫る低コスト
■ 今後のGaN
Appendix SiC MOSFETのスイッチング動作
■ SiC MOSFETの素子の電圧-電流特性
■ ゲート駆動回路
■ スイッチング動作
GE Articles
シリコン・カーバイド半導体によるアプリケーション
SiC JFETで作るオーディオ・アンプ
■ 使用するFETの特徴
■ ノーマリ・オン型FETの応用
■ 実用アンプを構成する
■ SiC JFETステレオ・アンプの特性
■ コラム 理論効率
高効率で低ノイズな電源回路を実現できる
PFC機能を備えたLLCコントローラIC PLC810PG
■ LLC制御IC PLC810PG
■ PLC810PGのLCDテレビへの応用例
Appendix-A オン・セミコンダクターのLLC電源
Appendix-B フェアチャイルドのLLC電源
Appendix-C NXPセミコンダクターズのLLC電源
Appendix-D STマイクロエレクトロニクスのLLC電源
Appendix-E テキサス・インスツルメンツのLLC電源
切り忘れ防止，タコ足による過電流検出，待機電力チェック
無駄減らし効果が目に見える三つの消費電力メータ
■ テーブル・タップ用電力メータAの製作
■ 0.1W精度で測れる液晶ディスプレイ付き電力メータ
■ 無線で飛ばしてロギングする大電力測定型
■ Supplement 電力メータAのMSP430のソフトウェア
■ コラム1 警告！電力測定は危険がいっぱい
■ コラム2 市販の消費電力メータ
■ コラム3 電力を高精度に測定できるA-Dコンバータとは
プロローグ パワー・エレクトロニクス用半導体デバイスの重要性
■ コラム 次世代DVD実現のキー・デバイス…GaN紫色半導体レーザ・ダイオード
スイッチング素子としての応用面から見た
第1章 パワー・エレクトロニクス用半導体の性能指標
■ パワー・デバイスの性能指標
■ スイッチング・デバイスの性能指標
■ 簡単なパワー回路での性能指標の重要性の確認
■ スイッチング損失が重要なパワー回路の例
■ コラム スイッチングと増幅の違い
パワー・デバイスの動作原理を理解するために
第2章 半導体デバイスの基礎知識
■ エネルギー・バンド理論による金属/半導体/絶縁体の区別
■ 真性半導体と外因性半導体
■ 半導体内での電気伝導
■ キャリアの生成・再結合
■ 金属-半導体接合
■ pn接合
■ JFET構造
■ MOS構造
■ HEMT構造
■ パワーMOSFETの断面図の読み解きと動作特性
■ パワーIGBTの断面図の読み解きと動作特性
パワー・デバイスで最も重要な性能指標
第3章 耐圧とオン抵抗のトレードオフ
■ 半導体の絶縁破壊の基礎〜なだれ破壊とツェナー破壊
■ 単純なpn接合ダイオードの解析
■ Siユニポーラ・リミット
■ ワイドギャップ半導体
■ コラム 別の方法でSiユニポーラ・リミットを越える〜超接合のコンセプト
温度が高くなるとどのようなことが起こるのか
第4章 動作可能温度を決める要因
■ 温度が高くなると起こること
■ 半導体のキャリア密度の温度変化の解析
材料開発の歴史から今後の展望まで
第5章 SiCパワー・デバイスの開発状況
■ SiC材料開発の歴史と現状
■ いろいろな結晶構造のSiC
■ SiC SBDはすでに商品化，いよいよ普及段階
■ SiC MOSFET…次世代パワー・デバイスの最本命
■ SiC JFET…ノーマリ・オンだが実力は素晴らしい
■ SiC BJT…BJTのリベンジなるか?
■ SiC PiNダイオード，SiC IGBT…過去に類を見ない究極の超高耐圧パワー・デバイス
■ 今後のSiC
■ コラム 宝石としてのSiC
■ コラム MOSFETに関しては3C-SiCにチャンス
■ コラム ワイドギャップ半導体は日本発！
次世代パワー・デバイスの本命となるか
第6章 GaNパワー・デバイスの開発状況
■ GaN材料開発の歴史
■ GaNパワー・デバイス
■ HEMTのノーマリ・オフ化
■ GaN/Siパワー・デバイス…Siに迫る低コスト
■ 今後のGaN
Appendix SiC MOSFETのスイッチング動作
■ SiC MOSFETの素子の電圧-電流特性
■ ゲート駆動回路
■ スイッチング動作
GE Articles
シリコン・カーバイド半導体によるアプリケーション
SiC JFETで作るオーディオ・アンプ
■ 使用するFETの特徴
■ ノーマリ・オン型FETの応用
■ 実用アンプを構成する
■ SiC JFETステレオ・アンプの特性
■ コラム 理論効率
高効率で低ノイズな電源回路を実現できる
PFC機能を備えたLLCコントローラIC PLC810PG
■ LLC制御IC PLC810PG
■ PLC810PGのLCDテレビへの応用例
Appendix-A オン・セミコンダクターのLLC電源
Appendix-B フェアチャイルドのLLC電源
Appendix-C NXPセミコンダクターズのLLC電源
Appendix-D STマイクロエレクトロニクスのLLC電源
Appendix-E テキサス・インスツルメンツのLLC電源
切り忘れ防止，タコ足による過電流検出，待機電力チェック
無駄減らし効果が目に見える三つの消費電力メータ
■ テーブル・タップ用電力メータAの製作
■ 0.1W精度で測れる液晶ディスプレイ付き電力メータ
■ 無線で飛ばしてロギングする大電力測定型
■ Supplement 電力メータAのMSP430のソフトウェア
■ コラム1 警告！電力測定は危険がいっぱい
■ コラム2 市販の消費電力メータ
■ コラム3 電力を高精度に測定できるA-Dコンバータとは