左がSiパワー半導体、右がSiCパワー半導体におけるトランジスターのスイッチング動作時の概念図。Siパワー半導体に電流を流すと電力の一部は熱で失われる。またスイッチのON/OFF時のテール電流でスイッチング損失も大きい。HEVの電力損失の20%がパワー半導体によるものだ。SiCパワー半導体は、熱による定常損失も小さくテール電流がほとんど流れないためスイッチング損失も小さい。
開発したSiCトランジスターは、1セルの横幅が4-5ミクロン。半導体の中に微細な溝を掘るトレンチ構造を採用している。Si半導体では一般的に用いられるドライエッチングという、ガスとプラズマを使った加工法だ。ゲート電極は電流のON/OFFを制御する電極。
トヨタ：パワー半導体SiCの優位性：トヨタMIRAIで採用（動画）：
Toyota: Superiority of power semiconductor SiC: Toyota MIRAI：
丰田：功率半导体SiC的优势：丰田MIRAI通过
トヨタ、
デンソー、
豊田中央研究所、3社共同開発を進める。
SiCパワー半導体は、HEVの燃費を10%改善する可能性を持つ。
SiCパワー半導体の開発：
トヨタは、SiCパワー半導体開発のトップランナー。
2020年の実用化を目指し、トヨタ新型MIRAIに採用された。
SiC＝シリコン・カーバイド：
シリコンと炭素の化合物でダイヤモンドに次ぐ硬度を持つ。
高純度・単結晶SiC：
トヨタ、デンソー、豊田中央研究所は、高純度・単結晶で生産が非常に難しいタイプを開発した。
パワー半導体のSiC：
パワー半導体は、HEVで、多数使用される。
その25%は、PCU（パワーコントロールユニット）で使われている。
HEVのPCU：
HEVの心臓部であるPCUは、バッテリーとモーター間で電流を制御する、重要なデバイスだ。
HEVの燃費向上：
低燃費を謳うHEVでは、電力損失の20%が、パワー半導体によるものだ。
つまり、パワー半導体の効率アップが、直接燃費向上に効果がある。
パワー半導体を自社開発：
トヨタは、初代プリウスから、パワー半導体を自社で開発している。
- トヨタグループのデンソーと、
- 豊田中央研究所が、
- 1980年代から基礎研究を始め、
2007年にトヨタが実用化に向け、技術開発を進めてきたもの。
SiCパワー半導体の効率：
SiCパワー半導体は、現在主流のSi（シリコン）パワー半導体より、
高効率で、小型であり、より高周波で駆動できる。
試作車で5％燃費向上：
トヨタは、SiCパワー半導体を使ったPCUをプリウスに搭載。
試作車で、5％を超える燃費向上を確認した。
HEVで10％燃費向上へ：
- 細かな調整なしで5％もの向上が見られる。
- パワー半導体はHEVにとって極めて重要。
- 将来的には10％燃費向上を目指すという。
まさに、バッテリーと並んで自動車の電化でキーになる技術といえる。
Motor-FanTECH