【酸化ガリウム半導体】タムラ製作所開発で世界トップの半導体とは

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【酸化ガリウム半導体】タムラ製作所開発で世界トップの半導体とは

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最近では、世界的な半導体不足が懸念されており、現在社会の生活に欠かすことのできないものゆえに、どのように半導体を拡充していくかということが問題となっています。そのような中、日本の「タムラ製作所」が次世代半導体なるものの開発に成功しています。それは「酸化ガリウム半導体」という半導体です。性能やコスト、量産性においても最も注目されている半導体です。そこで今回の「TimeMachineMuseum」では、「タムラ製作所」が開発に成功した次世代半導体「酸化ガリウム半導体」に注目です。


「酸化ガリウム半導体とは」

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これまでコストが安く、生産方法も確立された「シリコン半導体」が主流でしたが「タムラ製作所」が開発した「酸化ガリウム半導体」との違いはどこにあるのでしょうか。パワー半導体に適している材料か判断するための指標として「バリガ性能というものがあります。これは、シリコン=1:酸化ガリウム=3444という数字になります。「タムラ製作所」のカーブアウトベンチャーである「ノベルクリスタルテクノロジー」社が開発。半導体はウエハが重要となっており、電子機器の性能はウエハに多くの回路を書き込むことで性能向上となる。シリコンウエハは、7種類ほどあるが、ICチップ向き、トランジスタ向きといった形で用途が分かれています。今回、開発に成功したのは、蓄電池技術で注目されているバイポーラ型などの電力制御を行う機器に多く用いられている「エピタキシャルウエハ」といわれているものです。実は、現在主流となっている「シリコン半導体」は性能的に限界を迎えているとされています。しかし、「シリコン半導体」の技術は応用できるために現在使用している設備で製造が可能。5㎝のシリコン製ウエハを作る技術を応用して、10㎝の「酸化ガリウム製ウエハ」を作る装置を開発し量産化を可能としたのです。「酸化ガリウム」を使用して作られた半導体ダイオードは、なんと最大1200Ⅴの電圧に耐えることが可能ということです。この耐久性をもった「酸化ガリウム半導体」は世界初なのです。これまでのシリコン製半導体であるならば、10~50μmで6000~8000Ⅴまで耐久性があるものの、家庭用太陽電池、鉄道関連の大規模施設といった高圧送電などで使われているため用途自体が異なります。


「酸化ガリウム半導体のデメリットとは」

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「酸化ガリウム半導体」のデメリットがあるのでしょうか。半導体にはP型半導体とN型半導体の2種類が存在しており、完成させるためには両方の半導体が必要になります。しかし、現在のところ「酸化ガリウム」はN型半導体しか作ることができない。N型半導体だけでも省エネ効果を発揮することは可能ですが、高いポテンシャル発揮できるかというと難しいのです。そこで、酸化イリジウムという化合物を作ってP型半導体に似せたものを作ってデメリットを解消しています。結果として電気自動車(EV)、ハイブリッド車や鉄道車両の駆動、家庭内の家電やデジタル機器に利用できる。


「韓国の半導体」

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韓国の半導体メーカーといえば「SAMSUNG(サムスン電子)」。半導体の売り上げは世界トップクラス。売上高3%(単純計算で2021年の売上高は27兆円ゆえ広告費は8000億円)を広告費に費やし、マーケティング、情報収集、スピードで世界的なメーカーへと成長した「SAMSUNG(サムスン電子)」。


「台湾の半導体」

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台湾の半導体メーカーとして有名なのは「TSMC」。日本に工場が建設されることでも有名になりました。このメーカーは、他の会社が設計した半導体チップを製造することを専門とする「ファウンドリー」中心。ちなみに半導体の設計や開発を行っている会社は「ファブレス」と言われる。「TSMC」はアメリカの「Apple」などアメリカの70%のシェアを獲得している。実に小型の半導体を安定して供給できるメーカーは世界でも「TSMC」のみとまでいわれているようです。


「中国の半導体」

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中国の半導体分野で優位性を持っている分野は、設計と後工程(加工された半導体のパッケージ作業/ICチップ保護)。世界の半導体の34%は中国がシシェアしているといわれています。そのため世界の電子機器の80%~90%を中国で製造している。


「日本が半導体世界一の分野」

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日本の「モーター」は産業として世界一となっています。日本の代表的なメーカーは「Nidec(日本電産)」。世界中のパソコンや家電製品、車などの製品で「Nidec(日本電産)」の「モーター」が使用されています。例えば、

「HDDスピンドルモーター」=世界80%

「光ディスクドライブモーター」=世界60%

「ファンモーター」:世界=40%

年間30億個以上のモーターを生産しており、最近では世界トップシェアの「ブラシレスDCモーター」が注目されています。この「ブラシレスDCモーター」は、磁石を回転させて動くモーターで、例えばエアコンや食器洗い機、洗濯機などに使用されています。「ブラシレスDCモーター」が注目される理由は、小型で高効率、低振動、長寿命、省エネ、高い制御性がポイント。こうしたポイントがあるゆえに電気自動車(EV)の車載モーターとして期待されています。また「Nidec(日本電産)」は、「三菱重工工作機械」を買収し、これまで外注していた電動アクスルの中核部品(EV用駆動モーター、インバーター、減速機を一体化した製品)を「三菱重工業」の歯車(ギア)を取り入れることで強化している。特にトラック業界では電動化に至って電動アクスルが主流となっていくために世界トップメーカーとして「Nidec(日本電産)」への期待は高い。

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管理人:TMM

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未来に残したい、繋げたいをテーマに日々を過ごすことに夢中。そのテーマに自然界、歴史、科学、教育など、あらゆる方面から未来と過去を行き来出来たら、現在どうなっているか、これから先どうなるのか気になることが多く、今更ながら様々な分野を勉強中。