世界を一変させる日本発、画期的半導体
2/18(月) 6:15配信
現在、電力制御を行うパワー半導体の世界では、シリコンより半導体物質としてのパフォーマンスが高い炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）を活用する開発が進み、成果を出している。
例えば、鉄道車両ではシリコンのパワー半導体用いたインバーターを、炭化ケイ素を用いたインバーターに交換することで、最大40％という画期的な省エネ効果を生む。
半導体関連の展示会に行けば、炭化ケイ素の半導体のための技術や炭化ケイ素のパワー半導体による実用例が並ぶ。
業界では、最新の技術である炭化ケイ素や窒化ガリウムの半導体の開発に必死になっている様子がうかがえるし、山手線の新型電車で採用されるなど、身近なところでも増えつつある。
将来的には、EVや家電などにこうした新型半導体が普及し、異次元の省エネや家電などの小型化を進めていくことが予想される。非常に夢がある。
しかし、炭化ケイ素や窒化ガリウムによって実現される新型半導体の開発成果を無にしかねない恐るべき技術を開発した企業が現れた。
京大初のベンチャー企業、フロスフィアだ。
これまで炭化ケイ素や窒化ガリウムの素子を作る開発をしてきた人たちが、本気で困ってしまうのではないかと心配になるほどだ。
フロスフィアは、廉価に酸化ガリウムの結晶を作る方法を開発した。この技術が、なぜ炭化ケイ素や窒化ガリウムの最新の成果を無にし得るほど、すごいのだろうか。
■ 酸化ガリウムは圧倒的高性能
まず、酸化ガリウムは半導体としての性質が極めて良い。
炭化ケイ素や窒化ガリウムは、シリコンよりも半導体として優れているがゆえに画期的な省エネを実現している。しかし、酸化ガリウムの物性は、炭化ケイ素や窒化ガリウムを圧倒する。
シリコンに対する半導体物質の性能を現す数値として、バリガ性能指数がよく用いられている。この数値、シリコンが1、シリコンをしのぐ省エネを実現する炭化ケイ素が340、窒化ガリウムが870である。
それに対し、酸化ガリウムのバリガ性能指数は何と3444である。
シリコンの約3400倍、素晴らしい省エネ効果を実現している炭化ケイ素と比べても約10倍である。酸化ガリウムの性能は文句なしに圧倒的なのだ。
同じ性能の素子であれば、損失が少なく圧倒的省エネを実現でき、サイズも文字通り桁違いに小さく作ることができる。
例えば、フロスフィアは既に炭化ケイ素に比べ電気抵抗が86％減となるダイオードの開発に成功しているし、同社のウエブサイトにあるサイズ比較では100分の1近い面積になっている。
■ 欠点克服で酸化ガリウム半導体に目処
しかし、これまで酸化ガリウムにも欠点があった。酸化ガリウムではP型半導体が作れなかったのだ。
半導体には、電子をわざと足りなくしたP型半導体と、電子をわざと余らせたN型半導体が存在する。
パワー半導体を用いたインバーターなどのパワーエレクトロニクス機器は、トランジスタとダイオードによって成り立つ。
ダイオードはN型半導体のみでも製造できるショットキーバリアダイオードがある一方、トランジスタにはどうしてもP型とN型の双方が必要である。
このため、酸化ガリウムではショットキーバリアダイオードしか作れないとされてきた。
もちろんそれだけでも省エネ効果は発揮できるが、これでは実力のすべてを出し切れない。
ところが、フロスフィアは酸化イリジウムを使ってP型層を作ることにも成功したのである。酸化ガリウムのトランジスタを作れるようになったのだ。
これで、酸化ガリウムを使ったパワーエレクトロニクス機器実現に向け、技術的な準備は整った。
■ 本当にすごいのは低コスト
炭化ケイ素でも窒化ガリウムでも技術的課題はあるにしても、もっと問題なのはコストである。
両者とも、鉄道車両、高級サーバーの電源、人工衛星などコストが高くても採用可能な用途ではすでに大活躍している。
しかし、コストの厳しいハイブリッド車や低価格化が進む家電やデジタル機器では、炭化ケイ素や窒化ガリウムがいかに高パフォーマンスでも受け入れにくい。
コストは、新技術の前にいつも立ちはだかる壁、いや、新技術でなくてもものづくりに関わる人々全員が、日々、頭を悩ませ、胃を痛くするものづくり最大最強の敵である。
フロスフィアのすごいところは、新技術の多くが敗退する難敵、高コストをすでに克服してしまっていることである。
炭化ケイ素と窒化ガリウムのコストが高い理由は、密度の小さい気体から結晶を作っていることにある。
密度の小さいものからできてくるものは、当然、少ないので、時間がかかる。
シリコンが比較的安いのはシリコンを溶かした液体からそのまま結晶を作ることができるからだ。
しかし、シリコンの結晶でも、炭化ケイ素や窒化ガリウムに比べれば安いものの、普通の工業材料に比べれば高価である。
その理由は、シリコンは融点が高いため溶かすのに摂氏1500度もの高温が必要であることや、純度管理が非常に厳しいため、厳密に管理された清潔な環境が必要であることである。
液体からでき、温度が高くなく、超清潔な環境も不要であれば、安くできる。
フロスフィアのミストドライ法はまさにそうした製法である。
ミストドライ法は秘密の溶媒に酸化ガリウムを溶かし、酸化ガリウムと結晶構造が似たサファイア基板に霧状にして吹きつけて結晶を作る。
サファイア基板に降着する寸前に溶媒を乾燥させることで、基板の上に酸化ガリウムの結晶が成長する。
この溶液、常温で液体なもので、蒸発する温度も1500度どころか数百度にもならないものだという。さらに、結晶を作る環境は普通の空気中である。
いかにもコストが高そうな部分は何もないのである。結果として、面積を小さくできることも考慮すれば、シリコンと同等の価格で同じパフォーマンスの半導体を作れる見通しだそうだ。
■ すでに業界で高い評価
高価な炭化ケイ素や窒化ガリウムを上回るパフォーマンスの半導体を、酸化ガリウムでは安価なシリコンと同じコストで作れそうだ。
現在、炭化ケイ素や窒化ガリウムの半導体が開発競争の最中にあるが、こうした技術の登場で一気に陳腐化する可能性が出てきた。技術の競争は恐ろしい。
もちろん、酸化ガリウムの半導体は開発が始まってそう時間が経っているわけではなく、実際に製品化するための開発作業は今後も必要であろう。
炭化ケイ素や窒化ガリウムをすぐに世界から駆逐することはないので、炭化ケイ素や窒化ガリウムの関係者もしばらくは安心できる。
しかし、これまで言われていたように大電流のパワー半導体を炭化ケイ素、家電程度のパワー半導体は窒化ガリウムという住み分けで、将来のパワー半導体の世界が安定することはなさそうだ。
いずれかの時点で酸化ガリウムの半導体が普及することになるのではないか。
フロスフィアは小さい企業だが、すでにその将来性は高く評価されている。
圧倒的パフォーマンスの酸化ガリウム半導体を安く作れるフロスフィアの技術は、業界や技術の動向に通じていれば、容易にその価値を直感できるものだ。
この可能性は放置されるはずもなく、三菱重工やデンソーなどの大手企業も出資者に名を連ねる。デンソーとは車に搭載することを目指す共同開発も始めている。
こうした出資者の顔ぶれから酸化ガリウム半導体の将来性がうかがえるが、将来的にはハイブリッド車や鉄道車両の駆動に使われるだろうし、家庭内の家電やデジタル機器も動かしていくだろう。
電気のある場所に酸化ガリウム半導体ありという時代がそう遠くない将来実現しそうだ。
日本発のベンチャー企業が、その最先端を走っているということは、興奮させられることではないか。
劣等な朝鮮猿だ. 日本の自動車電子企業等は優秀な基礎技術力を保有しているから中国でもできる一般化した差別化が困難となったコモディティ化した製品を安く製造するだけのお前等の朝鮮猿自動車電子業者とは違う. ^ ^
세계를 일변시키는 일본발, 획기적 반도체
2/18(월) 6:15전달
현재, 전력 제어를 실시하는파워 반도체의 세계에서는, 실리콘보다 반도체 물질로서의 퍼포먼스가 높은 탄화 규소(SiC)나 질화 갈륨(GaN)을 활용하는 개발이 진행되어, 성과를 내고 있다.
예를 들면, 철도 차량에서는 실리콘의 파워 반도체 이용한 인버터를, 탄화 규소를 이용한 인버터로 교환하는 것으로, 최대 40%라고 하는 획기적인 에너지 절약 효과를 낳는다.
반도체 관련의 전시회에 가면, 탄화 규소의 반도체를 위한 기술이나 탄화 규소의 파워 반도체에 의한 실용예가 줄선다.
업계에서는, 최신의 기술인 탄화 규소나 질화 갈륨의 반도체의 개발에 필사적으로 있는 님 아이가 방문하고,야마노테선의 신형 전철로 채용되는 등, 친밀한 곳에서도 증가하면서 있다.
장래적으로는, EV나 가전 등에 이러한 신형 반도체가 보급해, 이차원의 에너지 절약이나 가전등의 소형화를 진행시켜 나가는 것이 예상된다.매우 꿈이 있다.
그러나, 탄화 규소나 질화 갈륨에 의해서 실현되는 신형 반도체의 개발 성과를 무로 할 수도 있는 무서운 기술을 개발한 기업이 나타났다.
쿄토대 첫 벤처기업,후로스피아이다.
지금까지 탄화 규소나 질화 갈륨의 소자를 만드는 개발을 해 온 사람들이, 진심으로 곤란해 버리는 것은 아닐까 걱정으로 그렇구나다.
후로스피아는, 염가에산화 갈륨의 결정을 만드는 방법을 개발했다.이 기술이, 왜 탄화 규소나 질화 갈륨의 최신의 성과를 무로 할 수 있는 만큼, 대단한 것일까.
■ 산화 갈륨은 압도적 고성능
우선, 산화 갈륨은 반도체로서의 성질이 지극히 좋다.
탄화 규소나 질화 갈륨은, 실리콘보다 반도체로서 우수하기 때문에 획기적인 에너지 절약을 실현하고 있다.그러나, 산화 갈륨의 물성은, 탄화 규소나 질화 갈륨을 압도한다.
실리콘에 대한 반도체 물질의 성능을 나타내는 수치로서 바리가 성능 지수가 잘 이용되고 있다.이 수치,실리콘이 1, 실리콘을 견디는 에너지 절약을 실현하는 탄화 규소가 340, 질화 갈륨이 870이다.
그에 대해,산화 갈륨의 바리가 성능 지수는 뭐라고 3444이다.
실리콘의 약 3400배, 훌륭한 에너지 절약 효과를 실현하고 있는탄화 규소와 비교해도 약 10배이다.산화 갈륨의 성능은 불평없이 압도적이다.
같은 성능의 소자이면, 손실이 적고 압도적 에너지 절약을 실현할 수 있어 사이즈도 문자 그대로 현격한 차이에 작게 만들 수 있다.
예를 들면, 후로스피아는 이미 탄화 규소에 비해 전기 저항이 86%감이 되는 다이오드의 개발에 성공하고 있고, 동사의 웹 사이트에 있는 사이즈 비교에서는 100분의 1가까운 면적이 되어 있다.
■ 결점 극복으로 산화 갈륨 반도체에 목표
그러나, 지금까지 산화 갈륨에도 결점이 있었다.산화 갈륨에서는 P형 반도체를 만들 수 없었던 것이다.
반도체에는, 전자를 일부러 부족하게 한 P형 반도체와 전자를 일부러 남게 한 N형 반도체가 존재한다.
파워 반도체를 이용한 인버터등의 전력용 전자공학 기기는, 트랜지스터와 다이오드에 의해서 성립된다.
다이오드는 N형 반도체만에서도 제조할 수 있는 쇼트 키 바리어 다이오드가 있다 한편, 트랜지스터에는 아무래도 P형과 N형의 쌍방이 필요하다.
이 때문에, 산화 갈륨에서는 쇼트 키 바리어 다이오드 밖에 만들 수 없다고 여겨져 왔다.
물론 그 정도 만으로 에너지 절약 효과는 발휘할 수 있지만, 이것으로는 실력의 모든 것을 발휘할 수 없다.
그런데 ,후로스피아는 산화 이리듐을 사용해 P형층을 만들게도 성공했던 것이다.산화 갈륨의 트랜지스터를 만들 수 있게 되었던 것이다.
이것으로, 산화 갈륨을 사용한 전력용 전자공학 기기 실현을 향해서 기술적인 준비는 갖추어졌다.
■ 정말로 대단한 것은 저비용
탄화 규소에서도 질화 갈륨에서도 기술적 과제는 있다로 해도, 더 문제인 것은 코스트이다.
양자 모두, 철도 차량, 고급 서버의 전원, 인공위성 등 코스트가 비싸도 채용 가능한 용도에서는 벌써 대활약하고 있다.
그러나, 코스트의 어려운 하이브리드 차나 저가격화가 진행되는 가전이나 디지털 기기에서는, 탄화 규소나 질화 갈륨이 아무리 고퍼포먼스에서도 받아 들이기 어렵다.
코스트는, 신기술의 전에 언제나 가로막는 벽, 아니, 신기술이 아니어도 만들기에 관련되는 사람들 전원이, 날마다, 골머리를 썩어 위를 아프게 하는 것 만들기 최대 최강의 적이다.
후로스피아의 대단한 곳은, 신기술의 대부분이 패퇴하는 난적, 고비용을 벌써 극복해 버리고 있는 것이다.
탄화 규소와 질화 갈륨의 코스트가 비싼 이유는, 밀도의 작은 기체로부터 결정을 만들고 있는 것에 있다.
밀도의 작은 것으로부터 할 수 있어 오는 것은, 당연, 적기 때문에, 시간이 걸린다.
실리콘이 비교적 싼 것은 실리콘을 녹인 액체로부터 그대로 결정을 만들 수 있기 때문이다.
그러나, 실리콘의 결정에서도, 탄화 규소나 질화 갈륨에 비하면 싸기는 하지만, 보통 공업 재료에 비하면 고가이다.
그 이유는, 실리콘은 융점이 비싸기 때문에 녹이는데 섭씨 1500도의 고온이 필요한 것이나, 순도 관리가 매우 어렵기 때문에, 엄밀하게 관리된 청결한 환경이 필요한 것이다.
액체로부터 생겨 온도가 높지 않고, 매우 청결한 환경도 불필요하면, 싸게 할 수 있다.
후로스피아의 미스트 드라이법은 확실히 그러한 제법이다.
미스트 드라이법은 비밀의 용매에 산화 갈륨을 녹여, 산화 갈륨과 결정 구조가 닮은 사파이어 기판에 무장으로 해 내뿜고 결정을 만든다.
사파이어 기판에 착륙 하는 직전에 용매를 건조시키는 것으로, 기판 위에 산화 갈륨의 결정이 성장한다.
이 용액, 상온으로 액체인 물건으로, 증발하는 온도도 1500도는 커녕 수백도도 안 되는 것이라고 한다.게다가 결정을 만드는 환경은 보통 공기중이다.
그야말로 코스트가 비싼 것 같은 부분은 아무것도 없기 때문에 있다.결과적으로, 면적을 작게 할 수 있는 일도 고려하면,실리콘과 동등의 가격으로 같은 퍼포먼스의 반도체를 만들 수 있을전망이라고 한다.
■ 벌써 업계에서 비싼 평가
고가의 탄화 규소나 질화 갈륨을 웃도는 퍼포먼스의 반도체를,산화 갈륨에서는 염가의 실리콘과 같은 코스트로 만들 수 있을 것 같다.
현재, 탄화 규소나 질화 갈륨의 반도체가 개발 경쟁의 한중간에 있지만, 이러한 기술의 등장에서 단번에 진부화 할 가능성이 나왔다.기술의 경쟁은 무섭다.
물론, 산화 갈륨의 반도체는 개발이 시작되어 그렇게 시간이 지나 있는 것은 아니고, 실제로 제품화하기 위한 개발 작업은 향후도 필요하겠지.
탄화 규소나 질화 갈륨을 빨리 세계로부터 구축할 것은 없기 때문에, 탄화 규소나 질화 갈륨의 관계자도 당분간은 안심할 수 있다.
그러나, 지금까지 말해지고 있던 것처럼 대전류의파워 반도체를 탄화 규소, 가전 정도의 파워 반도체는 질화 갈륨이라고 하는 공존해로, 장래의 파워 반도체의 세계가 안정되는 것은 없을 것 같다.
언젠가는 산화 갈륨의 반도체가 보급하게 되는 것은 아닌가.
후로스피아는 작은 기업이지만, 벌써 그 장래성은 높게 평가되고 있다.
압도적 퍼포먼스의 산화 갈륨 반도체를 싸게 만들 수 있는 후로스피아의 기술은, 업계나 기술의 동향으로 통하고 있으면, 용이하게 그 가치를 직감 할 수 있는 것이다.
이 가능성은 방치될 리도 없고, 미츠비시중공이나덴 소등의 대기업도 출자자에게 일원이 된다.덴 소와는 차에 탑재하는 것을 목표로 하는 공동 개발도 시작하고 있다.
이러한 출자자의 멤버로부터 산화 갈륨 반도체의 장래성이 방문하지만, 장래적으로는 하이브리드 차나 철도 차량의 구동에 사용될 것이고, 가정내의 가전이나 디지털 기기도 작동시켜 갈 것이다.
전기가 있는 장소에 산화 갈륨 반도체있음으로 말하는 시대가 그렇게 멀지 않은 장래 실현될 것 같다.
일본발의 벤처기업이, 그 최첨단을 달리고 있는 것은, 흥분 당하는 것은 아닌가.
열등한 조선원숭이다. 일본의 자동차 전자 기업등은 우수한 기초 기술력을 보유하고 있기 때문에 중국에서도 할 수 있는 일반화한 차별화가 곤란해진 상품화한 제품을 싸게 제조할 만한 너등의 조선원숭이 자동차 전자 업자와는 다르다. ^ ^