2016年的功率半导体，SiC用于燃料电池车和新干线

一到年底，日经技术在线就会刊登各领域回顾一年技术动向的特辑。最近几年，笔者一直负责汇总功率半导体领域的话题，本文就稍早介绍一下2016年该领域的相关内容。

首先说一下新一代功率半导体SiC（碳化硅）。2014年丰田宣布，将从2015年开始对驱动系统采用SiC功率元件的试制车（混合动力车）进行公路测试，并力争在2020年之前用于量产车。由此，SiC功率元件扩大到车载用途马上就带上了现实的味道。

关注SiC的并非只有丰田。本田及日产等也将SiC功率元件的应用纳入视野，不断研发。其中，本田在2016年3月上市的燃料电池车（FCV）“CLARITY FUEL CELL”中配备了SiC功率元件，这是首次在该公司的量产车上配备。为了让较小的燃料电池堆也能提高电机的输出功率，该公司对燃料电池堆的输出电压进行了升压。这种升压转换器采用了SiC功率元件。与原来采用Si功率元件时相比，燃料电池升压转换器的体积缩小了40％。

在早就采用SiC功率元件的铁路领域，2016年发布了一个重大新闻。东海旅客铁道（JR东海）宣布，将在2020年度起由东海道新干线运营的新一代新干线“N700S”上采用SiC功率元件，目的是实现驱动系统的小型轻量化。比如，将电机控制装置“CI（Converter Inverter）的重量降到了现有N700系的约2/3。

解决新材料的长年课题

除了SiC之外，“氧化镓”（Ga₂O₃）的开发也在2016年取得了进展。与SiC和GaN相比，氧化镓能以较低的成本制作出高耐压、低损耗的功率元件，因此近几年备受关注。不过，氧化镓此前存在很难实现优质p型层的课题。初创企业FLOSFIA和京都大学（工学系研究科教授藤田静雄和该科助教金子健太郎等）的研究小组为解决这个“长年课题”开辟了道路。

该小组研究的是具有“刚玉型”晶体结构的“α型”氧化镓。利用与α型氧化镓一样具有刚玉型结构的氧化铱（Ir2O3）实现了p型层。这样一来，可以利用n型氧化镓和p型氧化铱制作出功率MOSFET。