技術

Teslaが主導するEVは、シリコンを超えチップ産業の転換を主導します。

TOKYO / OSAKA – 数十年の間に、半導体産業で豊富で簡単に加工することができるシリコンが選択されてきたが、電気自動車は、エネルギー効率を追求しながら優位を占めることができています。

Teslaは、これらの変化の触媒となりました。 米国の自動車メーカーは、同業者の中で最初に量産車に炭化ケイ素チップを使用して、いくつかのModel 3に統合しました。 この動きは、チップ産業に影響を与えながら、節電素材がEVサプライチェーンでの勢いを強化しました。

日本のチップメーカーRohmのKazuhide Ino最高戦略責任者(CTO)は、「今までのチップのメーカーは、シリコンカーバイド、市場を構築するために協力したが、私たちはお互いに競争する段階に達している。

炭化ケイ素、略称SiCはシリコンと炭素を含んでいます。 シリコンよりも化学結合がより強く、世界で三番目に硬い物質である。 これを加工するには、高度な技術が必要ですが、材料の安定性およびその他の特性により、チップのメーカーは、標準的なシリコンウェハに比べてエネルギー損失を半分以上減らすことができます。

SiCチップはまた熱をよく発散してモータへの電力の流れを調節する重要なEV部品であるより小さいインバータを許可します。

日本の名古屋大学のMasayoshi Yamamoto教授は「Model 3はスポーツカーだけ空気抵抗係数が低くなります。」と言いました。 「インバータを縮小して簡素化された設計が可能でした。」

炭化ケイ素チップが含まれているTesla Model 3インバータが分解中に見えます。 (写真提供:山本正義名古屋大学教授)

Teslaの動きは、チップ業界を揺るがしました。 去る6月、ドイツのチップメーカーである独インフィニオンテクノロジーズは、電気自動車のインバータ用SiCモジュールを発売した。

インフィニオン、日本事業部の一マネジャーは「SiC拡張時期が私達が期待していたよりも明らかに近づいた」と話した。

現代自動車は、次世代電気自動車のインフィニオンのSiCチップを使用する。 このチップは、シリコンに比べて車両の範囲を5%以上増やすことができそうです。

フランスの自動車メーカーであるRenaultは、6月に、スイスのSTMicroelectronicsと2026年からSiCチップ供給契約を締結しました。 この契約は、半導体ウェハの別の代替材料である窒化ガリウムで作られたチップにも適用されます。

SiCパワーチップ市場は2020年に比べて2026年までに6倍に成長して44億8,000万ドルに達するとフランスの市場調査機関であるYole Developpementは予測しています。

シリコンとより高価なSiCとの間の価格差が縮小しています。 山本は、大量生産やその他の要因により、最近5年前の約10倍であったコストの差が約2倍に減ったました。 いくつかのチップ産業供給業者が、より大きなSiCウェハを作り始めながら、この格差はさらに狭くなることができます。

Rohmは2010年に世界初のSiCトランジスタを量産する、この分野のリーダーでした。 2009年に買収したドイツSiCrystalはSiCウェハを製造し、Rohmの最初から最後まで生産能力を提供しています。 日本の会社は、会計年度2025年までにSiCチップで世界シェア30%を達成することを目標としています。 最近、日本福岡県に追加生産設備を開設しており、生産能力を5倍以上に増やす計画です。

Rohmは、今後リリースされる多くの電気自動車のモデルが、そのSiCチップを使用すると言いました。 中国の電気自動車メーカーである地理(Geely)と次世代チップ技術の協約も結んだ。

シリコンは、最初のチップ素材がありません。 1947年、米国のベル研究所で画期的なトランジスタの発明以来、ゲルマニウム結晶を使用しています。 1960年代、半導体産業が発展し、シリコンがこの要素を代替しました。 世界最大のシリコンウエハサプライヤーであるShin-Etsu ChemicalとSumcoは日本に本社を置いています。

SiCはまた、シリコンの代わりに競争相手がいます。 窒化ガリウム(GaN)は、エネルギー損失をシリコンチップに比べて約10分の1に減らすことができる可能性を持っています。 この物質を半導体に使用することは、日本で青色発光ダイオードを作るために開発されました。 GaNチップは充電装置などの一部の領域で使用され、シリコンをはじめとする他の材料と一緒に主に使用されるため、材料の可能性をまだ発揮していました。

シリコンに代わるものを見つけることは、チップの性能向上のために、ますます明らか限界を反映します。 より小さく、より強力な電子機器を開発するには、はるかに微細な回路パターンをエッチングする必要があります。 現在、この規模が5ナノメートル(1ナノメートルは10億分の1メートル)で、ムーアの法則として知られてトランジスタ密度が約2年ごとに2倍になるという予測が前例のない方法でテストされています。

省エネは、チップ材の革新を主導します。 EV、データセンター、およびその他のデジタル経済の構成要素の拡張は、エネルギー効率を改善するための措置なしに電気の膨大な未充足需要を創出することです。

オースティンのテキサス大学で噴射した米国スタートアップであるLab 91は、チップウエハにグラフェン(原子1個の厚さの炭素シート)をオーバーレイする技術を開発中です。 初期試験は成功であった会社は、量産のための技術評価についてチップメーカーと議論しています。 グラフェンは、EVでLED、スマートフォンのカメラで使用されるイメージセンサーに至るまで、幅広い用途でのチップの性能を向上させることができる可能性を秘めています。

いくつかの究極の半導体と呼ばれるダイヤモンドは、潜在的に支配権を変えることができるが、シリコンの高価な代替手段です。 東京に本社を置くメーカーAdamant Namiki Precision Jewelは、ダイヤモンドにパワーチップを生産する技術を開発した。 世界で最も硬い物質は、エネルギー損失をシリコンの1 / 50,000まで削減理論能力を持っています。 しかし、そのようなチップを低コストで作成することが重要になります。 ダイヤモンド基板は、現在、シリコンウエハよりも数千倍の費用がかかります。

国家安全保障と経済競争力に不可欠な半導体で、中国、米国、欧州の政府は、新しいチップ材の研究開発を支援するために努力しています。 この分野のR&D投資のサポートは、6月経済産業省が発表した半導体戦略の一部であった。 シリコンが20世紀を建設した材料のいずれかの鋼とついたので、次世代半導体材料は、今後数十年の間に国際競争の原動力になると思われます。

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Nakama Shizuka

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