スマートフォン、パソコン、テレビ、自動車、電車、産業用機器、風力発電など、あらゆる装置の電源に活用されているパワー半導体デバイス。低電圧対応のパワーMOSFET、高電圧対応のIGBT、高速対応のGaN HEMTなど、その種類と構造、基本特性などを、どのようなメカニズムで動作しているのかを中心に、丁寧に紹介する。

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●松田順一 著
●サイズ：A5判
●ページ数：160ページ


【目次】
第1章
パワー半導体デバイスとは？
パワー半導体デバイスはどこに使われる？ 「パワーデバイスの用途」
パワー半導体デバイスにはどんな種類がある？ 「パワーデバイスの種類」

第2章
パワー半導体材料の基本特性
半導体は絶縁体や金属とで何が異なる？ 「各材料の電子のエネルギーバンド」
パワーデバイスに使われる半導体材料には何がある？ 「パワーデバイスの半導体材料」
きれいな半導体に不純物を入れると何が起こる？ 「Ｐ型とＮ型の半導体」
半導体中を流れる電流の成分は何？ 「ドリフト成分と拡散成分」
半導体の電気抵抗はどのように表されるの？ 「抵抗率とシート抵抗」
ユニポーラパワーデバイスのオン抵抗をどのように見積もるの？ 「特性オン抵抗」
ユニポーラパワーデバイスの理想ドリフト領域とは？ 「理想ドリフト領域の耐圧」
理想特性オン抵抗と耐圧の関係はどうなる？ 「シリコンリミット」
半導体中の電荷を運ぶものには寿命があるの？ 「キャリアの再結合とライフタイム」

第3章
整流動作の基本となるＰＮ接合ダイオード
Ｐ型とＮ型の半導体をくっつけるとどうなるの？ 「拡散電位」
順方向電流の流れるメカニズムは？ 「拡散電流」
逆方向電流の流れるメカニズムは？ 「飽和電流」
ＰＮ接合ダイオードの構造はどうなっているの？ 「P+Ｎ階段接合のバイポーラデバイス」
ＰＮ接合ダイオードに寄生する容量は何をする？ 「接合容量と拡散容量」
ＰＮ接合ダイオードに過剰の逆方向電圧をかけるとどのように破壊するの？ 「アバランシェ破壊」
ＰＮ接合ダイオード終端の高耐圧化はどうするの？ 「ガードリング」

第4章
低電圧整流動作に使うショットキーバリアダイオード「ＳＢＤ」
ＳＢＤの構造はどうなっているの？ 「金属／Ｎ-ドリフトのユニポーラデバイス」
Ｎ型半導体に金属をくっつけるとどうなるの？ 「拡散電位とショットキー障壁」
順方向電流の流れるメカニズムは？ 「熱電子放出」
逆方向電流の流れるメカニズムは？ 「逆方向電圧印加による障壁低下」
ＳＢＤを高温で使うとどうなる？ 「熱暴走」
ＳＢＤのリーク電流を抑制にするにはどうする？ 「ＪＢＳダイオード」
ワイドギャップ半導体を使うとＳＢＤの特性はどうなる？ 「4H-SiC SBD」

第5章
高電圧整流動作に使うＰｉＮダイオード
ＰＮ接合ダイオードを高耐圧にするにはどのようにする？ 「ＰｉＮダイオード」
ＰｉＮダイオードのオン電圧はなぜ低いの？ 「伝導度変調」
ＰｉＮダイオードの逆方向リーク電流の成分は何？ 「拡散電流と発生電流」
ＰｉＮダイオードのターンオフ過程で何が起こる？ 「逆回復特性」
ＰｉＮダイオードを高温で使うとどうなる？ 「熱暴走」
ＰｉＮダイオードの性能を上げるには？ 「MPS[Merged PiN/Schottky]ダイオード」
ワイドギャップ半導体を使うとＰｉＮダイオードの特性はどうなる？ 「4H-SiC PiNダイオード」

第6章
低電圧スイッチングに使うパワーＭＯＳＦＥＴ
パワーＭＯＳＦＥＴはどのように開発された？ 「パワーＭＯＳＦＥＴ開発の歴史」
パワーＭＯＳＦＥＴの基本構造は？ 「パワーＭＯＳＦＥＴの基本構造と動作」
パワーＭＯＳＦＥＴの基本特性は何？ 「しきい値電圧とチャネル抵抗」
ＭＯＳＦＥＴをパワー化するにはどうする？ 「パワーＭＯＳＦＥＴの種類」
パワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗はどのような成分からなる？ 「特性オン抵抗の成分」
パワーＭＯＳＦＥＴの寄生容量にはどのようなものがある？ 「寄生容量の成分」
パワーＭＯＳＦＥＴのスイッチングはスムーズなの？ 「スイッチング特性」
高速スイッチングでターンオフに失敗することがあるの？ 「高dVD/dtによる誤動作」
さらに高耐圧にするにはどうする？ 「スーパージャンクション」
集積型 （横型）パワーＭＯＳＦＥＴも高耐圧にできるの？ 「LDMOS」
ワイドギャップ半導体を使うとパワーＭＯＳＦＥＴはどうなる？ 「4H-SiC プレーナパワーＭＯＳＦＥＴ」
4H-SiC シールド型プレーナパワーＭＯＳＦＥＴ 「低しきい値電圧構造」
4H-SiC トレンチゲートパワーＭＯＳＦＥＴ 「低オン抵抗構造」
4H-SiC シールド型トレンチゲートパワーＭＯＳＦＥＴ 「高信頼性」

第7章
高電圧スイッチングに使うＩＧＢＴ
バイポーラトランジスタがＩＧＢＴ動作の鍵を握っている 「ＮＰＮとＰＮＰバイポーラトランジスタの基本動作」
ＰＮＰバイポーラトランジスタをどのように変えるとＩＧＢＴになる？ 「ＩＧＢＴの基本構造」
ＩＧＢＴにはどんな種類がある？ 「パンチスルー、ノンパンチスルー、フィールドストップ」
ＩＧＢＴの耐圧はＰＮ接合耐圧ではないの？ 「耐圧特性」
対称型ドリフトを持つＩＧＢＴの順方向特性はどうなるの？ 「対称型のキャリア分布とオン電圧」
非対称型ドリフトを持つＩＧＢＴの順方向特性はどうなるの？ 「非対称型のキャリア分布とオン電圧」
薄いコレクタを持つＩＧＢＴの順方向特性はどうなるの？ 「薄いコレクタ型のキャリア分布とオン電圧」
ＩＧＢＴをターンオフするには時間がかかるの？ 「スイッチング特性」
ゲートを縦型にするとオン電圧は低下するの？ 「トレンチゲートＩＧＢＴ」
ＩＧＢＴで起こしてはならない寄生動作は何？ 「ラッチアップ」
ＩＧＢＴを安全に使うにはどうする？ 「短絡耐量とアバランシェ耐量」
ＩＧＢＴをどのようにモジュール化する？ 「ＩＧＢＴのモジュール」
熱サイクルでＩＧＢＴパワーモジュールのどこが壊れるの？ 「パワーサイクル試験」
ワイドギャップ半導体を使うとＩＧＢＴはどのようになる？ 「4H-SiC IGBT」

第8章
高速スイッチングに使うGaN HEMT
GaN HEMTはなぜ高速なの？ 「基本HEMT断面構造」
通常のGaN HEMTはゲート電圧ゼロでもオンしている 「デプレッションモード(ｄ-モード) GaN HEMT」
ｄ-モード GaN HEMTをどうやって使うの？ 「MOSFETとｄ-モード GaN HEMTのカスコード接続」
ゲート電圧ゼロでもオフにするにはどうするの？ 「エンハンスメントモード(ｅ-モード) GaN HEMT」
GaN HEMTの信頼性は大丈夫？ 「電流コラプス現象」
GaN HEMTの特性オン抵抗はどこまで下がるの？ 「理想特性オン抵抗と耐圧」


【コラム】
●成長するパワーデバイスの市場
●パワーデバイスに使われるシリコンウエハの種類
●整流回路(ＡＣ−ＤＣ変換)に使われるＰＮ接合ダイオード
●SiCウエハの製造
●シミュレータを用いたデバイス設計
●パワーＭＯＳＦＥＴの製造方法
●ＩＧＢＴモジュールのスイッチング波形
●次世代パワー半導体材料として有望な酸化ガリウム

参考文献

【店頭取扱情報】
・シリコンハウス営業所 1F