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グリーン・エレクトロニクス 【シリーズ一覧へ】

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

トランジスタ技術SPECIAL編集部 編
B5判 128ページ
定価2,376円(税込)
JAN9784789848398

2012年8月1日発行

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 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.


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



「グリーン・エレクトロニクス No.18」 (税込定価2,592円) 好評発売中!


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