近年、次世代半導体（次世代パワー半導体）が目覚ましい発展を遂げています。研究段階ではあるものの、徐々に実用化されてきており、日本を支える技術の一つになりつつある分野です。
そこで本記事では、次世代半導体について解説すると共に、普及した際どのような恩恵が得られるかについても解説します。
次世代半導体のイメージをつけられる記事になっていますので、半導体分野に関心をお持ちの方はぜひご覧ください。
次世代半導体とは？
半導体は今まで、シリコンウエハーなどシリコン素材のものを中心に製造されてきました。シリコンは電流制御に優れますが、発熱しやすく大電流に向かないなどのデメリットもあります。
高性能かつ大電流を必要とする電子機器が増えた現在、新たな半導体の素材が求められています。
現在では、次世代の半導体として「窒化ガリウム（GaN）」「炭化ケイ素（SiC）」などの化合物半導体が代表的な次世代半導体候補です。
次世代半導体の特徴・メリット
次世代半導体には、以下の特徴があります。
- 電子の移動速度が速い
- 高電圧をかけられる
電子の移動速度が速い
シリコン素材の半導体に比べ、化合物半導体は電子の移動速度が速くなります。電子の移動速度が速くなればなるほど、電流を流しやすくなり、半導体の性能向上に繋がります。
シリコンは電子移動度が性質を持つため、半導体の高性能化に限界がありました。しかし、化合物半導体を用いることで約10倍もの電子移動度が得られ、半導体一つひとつを高性能化できます。
高電圧をかけられる
この背景には、バンドギャップの大きさがあります。バンドギャップとは、絶縁体や半導体の電子のエネルギー状態のことです。
価電子帯と電導体にある空間がバンドギャップと呼ばれる領域で、バンドギャップが大きいほど高電圧をかけられます。
化合物半導体は、シリコン素材のものに比べバンドギャップが大きいため、高電圧・大電流への耐性に優れます。発熱性もシリコン素材のものより低く、安定性の高い製品の制作が可能です。
次世代半導体の活用の未来
次世代半導体の活動は、効率アップや小型・軽量化に繋がります。
例えば、窒化ガリウムは高速スイッチングが可能な特徴を持ちます。データーセンターにおいては半導体一つひとつの性能が向上することでサーバーを小型化が可能です。
炭化ケイ素は高い耐電圧性を持つため、太陽光発電のパワーコンディショナーや、電気自動車などに活用可能です。高電圧による安定した動作と出力アップが期待できます。
このように、次世代半導体は従来のシリコン素材の半導体が抱えていた問題を解決し、より快適な製品の供給に寄与します。
次世代半導体のシェア率
次世代半導体は、市場規模を拡大し続けています。次世代半導体の中でも開発が進んでいる炭化ケイ素は、2021年段階では「約3兆円」だった市場が、2030年には「約5兆円」まで成長するといわれています。
2030年には無人自動車運転の普及も目指されているため、高性能な次世代半導体はますます需要を高めていく可能性が高いです。
また、日本は次世代半導体の世界シェアの約15%を占めています。これからの日本を支える技術の一つでもあるということです。今後のニュースにも期待が高まります。
まとめ
従来の半導体はシリコンウエハーなど、シリコン素材のものがほとんどでした。しかし、高電圧が必要な製品が出てくるなど、技術の進歩と共に課題が現れています。
そういった課題を解決するため、次世代半導体として化合物半導体の採用が検討されています。電子の移動速度の速さにより高性能化を図れ、高電圧に耐えうるため大出力での運用も可能になります。
次世代半導体は、ようやく実用段階に入りました。世界的なシェアはまだまだこれからといった分野ですが、普及すると私たちの生活をより快適にしてくれる半導体になり得ます。
菅製作所では、最新のニュースを含めた半導体情報について、わかりやすく解説する記事を公開しています。興味・関心はあるけれど、専門書を読むのは難しいという方も学びやすい記事になっておりますので、ぜひご覧ください。
参考サイト
