低損失で高耐圧、冷却装置や受動部品を小型・安価にする─。SiCやGaNといった新型パワー半導体が、その特徴を強みにEV(電気自動車)や電車、産業機器、家電などの市場に入り始めた。しかし既存のSiパワー半導体の競争力は依然として高く、新型への世代交代が一気に進む気配はない。新型はSiとの長期戦に臨みつつ、特徴を生かせる応用開拓に挑む。

 米Tesla(テスラ)が販売中の量販EV(電気自動車)「Model 3」やJR東海(東海旅客鉄道)が2020年に営業運転を始める次世代新幹線「N700S」に、SiC(炭化ケイ素)を使った新型パワー半導体が載り始めた。SiCは、既存のパワー半導体のSi(シリコン)-IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)よりも損失を抑えられ、冷却装置や受動部品を小型にできる。デバイス単体では数倍以上と高価だが、電源・駆動システムを簡素にして小型・低コスト化できる。同じくポストSiパワー半導体のGaN(窒化ガリウム)やGa2O3(酸化ガリウム)と比べ早く普及すると産業界が期待している(図1~2)。

図1 王者Siに新型が挑む
Siパワー半導体が、現時点でパワー半導体市場の大半を占める。コスト競争力が高く、長年の採用実績から応用機器側がデバイスに合わせ込んでいることによる。しかも温度特性が改善するなど、新型のお株を奪う開発例が製品レベルで出てきた。新型は、ここ数年でSiCと横型GaNのトランジスタが市場に登場し普及し始めた。高速かつ大容量の縦型GaNや低コストのGa2O3(酸化ガリウム)は研究開発段階にあり、2025年ごろから普及する見込みである。Ga2O3はSiCの代替を狙い、縦型GaNは、新規応用となるインホイールモーターや電動航空機を視野に入れる。(図:産業技術総合研究所などのデータを参考に本誌が作成)
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図2 SiやGaNの市場けん引役はEV
2025年ごろから、新型パワー半導体の需要が拡大し、市場は大きく成長する見込みだ。市場をけん引する応用機器はEVをはじめとする電動化車両(写真は米TeslaのEV「Model 3」)である。(図:IHSマークイット)
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 「2017~2018年にEVの製品企画を始めた自動車メーカーの多くがこれから駆動部を一新、その一部にSiCを搭載するとみている。SiC搭載EVは、2020年からポツポツと出始め、2023~2024年から本格的に立ち上がるとみている。特に欧州車メーカーがSiCを積極的に搭載しようとする印象を受ける」(あるパワー半導体メーカーの事業担当者)。

 パワー半導体メーカーもSiCへの投資は積極的だ。最大手のドイツInfineon Technologies(インフィニオン テクノロジーズ)は、これまで直径100mm(4インチ)が主流だったSiCウエハーの150mm(6インチ)化をほぼ終えた。ロームは2024年度までに600億円を投じて生産能力を2016年度比で16倍に高める。積極的な投資について「(未公表でも)自動車メーカーからの確度の高い受注見込みがあって初めてできる決断だ」(競合メーカー)。

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