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昨今，車社会を取り巻く環境が変化してきている。これまでは，車の快適性や利便性が重要視されていた。しかし，CO2 による地球温暖化や高齢化による交通事故などのため，環境負荷低減や安全性が重要視されてきている。そのため，世界各国でplug-in hybrid electric vehicle（PHEV），electric vehicle（EV），full cell vehicle（FCV），等の開発が進められている。
その中で重要な車載部品が電池，モータをコントロールするpower control unit（PCU）などのパワーエレクトロニクスである。
(※この記事は、2019年9月発行のテクニカルジャーナルMo.83に掲載されたものです。)
パワーエレクトロニクスの応用とパワーデバイス
パワーエレクトロニクスとは，交流や直流を各機器に最適な形に変換する技術であり，Fig.1 のように自動車や家電など幅広く使用されている。自動車がガソリンエンジン車からPHEV，EV などに移行するに伴い，自動車に使われるパワーデバイスバッテリとモータ間の相互の電力変換を適正に行うためにPCU が用いられている。PCU にはIGBT が使われている。Metal oxide semiconductor field effect transistor（MOSFET）とinsulated gate bipolar transistor（IGBT）は，コストパフォーマンスが高く，機能，性能が良く駆動回路が簡単で壊れにくいため，パワーデバイスの主役として用いられている。
MOSFET は，小容量で高速でスイッチングする用途に適している。IGBT は，MOSFET のドレイン側にP層を追加したデバイス構造であり，大電流高耐圧のアプリケーションに適している。IGBT は，特性改善のために微細ゲート構造と薄ウェーハ化の技術開発が進んでいる。また，低コスト化のために薄ウェーハの大径化（200mm → 300mm）の適用も開始されている。
パワーデバイスの材料
パワーデバイスの基板として代表的な物はSi，SiC，GaN があげられる。 現在パワーデバイスの主流は，Siであり，Si-MOSFET, Si-IGBT 製品が多数使用されている。Si の大きな利点は，ウェーハコストが低いことである。Si ウェーハは，1 枚数千~ 数万円であるが，SiC ウェーハは数万円からと高く，GaN ウェーハに至っては，2 インチサイズで数十万と高価である。しかし，次世代のパワーデバイス材料として，Table 1のようにバンドギャップが大きく，絶縁耐圧が高く，また電子移動度が大きいSiC やGaN，ダイヤモンドが期待されている。この特徴を生かして，PCU の小型化，高効率化が可能であり，省スペース化，省エネルギー化が可能である。
