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市場調査レポート

次世代パワー半導体:市場、材料、技術

Next-Generation Power Semiconductors: Markets, Materials, Technologies

発行 Information Network 商品コード 223488
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次世代パワー半導体:市場、材料、技術 Next-Generation Power Semiconductors: Markets, Materials, Technologies
出版日: 2016年11月01日 ページ情報: 英文
概要

近年におけるパワー半導体市場の急速な成長は、デスクトップPC、ノートPC、ネットブック、スマートフォン、フラットパネルディスプレイ、ポータブルメディアプレーヤーといった電力効率やバッテリー寿命の向上を目的とした高いレベルの電力管理を必要とするコンピューターおよび家電の普及によって促進されました。

当レポートは、次世代パワー半導体の市場を取り上げ、再生可能エネルギーや電気自動車をはじめとする用途や半導体市場における位置づけ、今後の成長分野などを詳細に分析したもので、SiCやGaNを使用した次世代半導体の製造技術や今後の課題、主要企業のプロファイルなども盛り込んでお届けします。

第1章 イントロダクション

  • 差別化要因は製造プロセス
  • 従来のMOSデバイスと異なる積層構造のデバイス
  • スーパージャンクションプロセス

第2章 パワー半導体の用途

  • 再生可能エネルギー分野のパワー半導体
    • 太陽光発電
    • 風力発電
  • ハイブリッド車/電気自動車分野のパワー半導体
    • 自動車業界の大きな流れ
    • バンドギャップの大きいデバイス
  • LED照明分野のパワー半導体
  • 産業用モーター駆動装置分野のパワー半導体
  • スマートホーム市場のパワー半導体
  • GaNおよびSiCの最終用途向け市場予測

第3章 市場分析

  • 半導体市場におけるパワー半導体の位置づけ
  • IGBTとパワーMOSFETの潜在的な成長性
  • 最終用途市場
  • バンドギャップの大きいパワー半導体市場

第4章 次世代パワー半導体

  • シリコンの制約克服への期待感
  • 次世代基板としてのSiCとGaNへの期待感
  • バンドギャップが大きい半導体の利点
  • SiCとGaNの比較
    • 材料特性
    • 材料品質
    • SiC横型素子
    • SiC縦型素子
    • GaN横型素子
  • SiCデバイスの製造
    • SiCのバルク単結晶成長とエピタキシャル成長
    • 表面処理
    • エッチング
    • リソグラフィ
    • イオン注入
    • 表面安定化
    • 金属化
  • GaNデバイスの製造
    • GaNの課題
      • 価格
      • 信頼性
      • コンポーネントのパッケージングと熱的信頼性
      • 管理
      • デバイスモデリング
    • パッケージング

第5章 主要企業のプロファイル

  • パワー半導体メーカー
    • Infineon
    • 三菱電機
    • 東芝
    • STMicroelectronics
    • Vishay
    • International Rectifier
    • Fairchild
    • 富士電機
    • ルネサス
    • Semikron
    • NXP Semiconductors
  • SiCウエハー関連の企業
  • GaNウエハー関連の企業
  • 次世代パワー半導体の開発を進めている企業のプロファイル
    • 三菱電機
    • 富士電機ホールディングス
    • 東芝
    • ローム
    • サンケン電気
    • 新電元工業
    • Infineon
    • Microsemi
    • Cree
    • GeneSiC Semiconductor
    • Semisouth Laboratories
    • United Silicon Carbide
    • MicroGaN
    • Powerex
    • Fairchild
    • International Rectifier
    • Nitronix

図表

目次

The rapid growth of the power semiconductor market in recent years has been driven by the proliferation of computer and consumer electronics, such as desktop computers, notebooks, netbooks, smartphones, flat panel displays and portable media players that require sophisticated power management to improve power efficiency and extend battery life. The worldwide markets are analyzed and projected.

The commercial battle for next-generation power semiconductors is evolving. IGBTs, SiC and other technologies are geared for the niche-oriented markets at 1,700 volts and higher. But what is the best technology for the larger 600- and 1,200-volt markets? Both super-junction MOSFETs and IGBTs are ramping up on 300mm wafers, making them less expensive than GaN and SiC. In comparison, SiC MOSFETs are ramping up on 100mm wafers, while GaN-on-silicon is running on 150mm substrates.

This report analyzes and forecasts the traditional power semiconductor market as well as next generation devices. Market shares of vendors by type are presented

Table of Contents

Chapter 1 Introduction

  • 1.1 Manufacturing Processes Are Differentiation Factors
  • 1.2 Vertical Structure Devices Differ From Usual MOS Planar Structure
  • 1.3 Super Junction Processes

Chapter 2 Applications of Power Semiconductors

  • 2.1 Power Semiconductors in Renewable Energy
    • 2.1.1 Solar
    • 2.1.2 Wind
  • 2.2 Power Semiconductors in Hybrid & Electric Vehicles
    • 2.2.1 Automotive Megatrends
    • 2.2.2 Wide Bandgap Devices for HEVs/EVs
  • 2.3 Power Semiconductors in LED Lighting
  • 2.4 Power Semiconductors in Industrial Motor Drives
  • 2.5 Power Semiconductors in Smart Home Market
  • 2.6 GaN and SiC Market Forecast For End Applications

Chapter 3 Market Analysis

  • 3.1 Position of Power Semiconductors in Semiconductor Market
  • 3.2 Growth Potential of IGBTs and Power MOSFETs
  • 3.3 End Application Markets
  • 3.4 Wide Bandgap Power Semiconductor Market

Chapter 4 Next-Generation Power Semiconductors

  • 4.1 Expectations for Overcoming Silicon's Limitations
  • 4.2 Expectations Of SiC and GaN as Next-Generation Substrates
  • 4.3 Benefits of Wide Band Gap Semiconductors
  • 4.4 SiC versus GaN
    • 4.4.1 Material Properties
    • 4.4.2 Material Quality
    • 4.4.3 SiC Lateral Devices:
    • 4.4.4 SiC Vertical Devices
    • 4.4.5 GaN Lateral Devices
  • 4.5 Fabrication of SiC devices
    • 4.5.1 Bulk and Epitaxial Growth of SiC
      • 4.5.1.1 Bulk Growth
      • 4.5.1.2 Epitaxial Growth
      • 4.5.1.3 Defects
    • 4.5.2 Surface Preparation
    • 4.5.3 Etching
    • 4.5.4 Lithography
    • 4.5.5 Ion Implantation
    • 4.5.6 Surface Passivation
    • 4.5.7 Metallization
  • 4.6 Fabrication of GaN devices
    • 4.6.1 GaN Challenges
      • 4.6.1.1 Costs
      • 4.6.1.2 Reliability
      • 4.6.1.3 Component Packaging and Thermal Reliability
      • 4.6.1.4 Control
      • 4.6.1.5 Device Modeling
  • 4.7 Packaging

Chapter 5 Company Profiles

  • 5.1 Power Semiconductor Companies
    • 5.1.1 Infineon
    • 5.1.2 Mitsubishi
    • 5.1.3 Toshiba
    • 5.1.4 STMicroelectronics
    • 5.1.5 Vishay
    • 5.1.6 International Rectifier
    • 5.1.7 Fairchild
    • 5.1.8 Fuji Electric
    • 5.1.9 Renesas
    • 5.1.10 Semikron
    • 5.1.11 NXP Semiconductors
  • 5.2 SiC Wafer-Related Companies
  • 5.3 GaN Wafer-Related Companies
  • 5.4 Profiles of Companies with Next-Generation Activities
    • 5.4.1 Mitsubishi Electric
    • 5.4.2 Fuji Electric Holdings
    • 5.4.3 Toshiba
    • 5.4.4 Rohm
    • 5.4.5 Sanken Electric
    • 5.4.6 Shindengen Electric
    • 5.4.7 Infineon
    • 5.4.8 Microsemi
    • 5.4.9 Cree
    • 5.4.10 GeneSiC Semiconductor
    • 5.4.11 Semisouth Laboratories
    • 5.4.12 United Silicon Carbide
    • 5.4.13 MicroGaN
    • 5.4.14 Powerex
    • 5.4.15 Fairchild
    • 5.4.16 International Rectifier
    • 5.4.17 Nitronix

List of Tables

  • 1.1 Evolution Of IGBT Chip Structure
  • 1.2 Effects Of Miniaturization Of IGBT Chip
  • 1.3 SiC Trench-Type MOSFET And Resistance Reduction As Compared With DMOSFET
  • 1.4 Planar And Vertical (Trench) MOSFET
  • 1.5 Schematic Of A FinFET
  • 1.6 Schematic Of A MOSFET And Super Junction MOSFET
  • 1.7 Process Flow For Super Junction MOSFET
  • 2.1 Forecast Of Solar Power
  • 2.2 Full Bridge IGBT Topology
  • 2.3 PV Inverter Market Distribution
  • 2.4 Block Diagram Of Microcontroller-Based Inverter
  • 2.5 Worldwide Wind Turbine Shipments
  • 2.6 Top Wind Power Capacity by Country
  • 2.7 Bill Of Materials For A Typical 30-50kw Inverter
  • 2.8 A Simple Diagram Of A HEV Traction Drive System.
  • 2.9 A More Complex Diagram Of PEEM In A Plug-In Hybrid Electric Vehicle (PHEV)
  • 2.10 Conducting And Switching Loses For Inverter
  • 2.11 Unit Pricing Trends In Power Semiconductors
  • 2.12 HEV/EV Shipment Forecast
  • 2.13 System And Component Costs For Wide Bandgap Semiconductors
  • 2.14 Vertical And Lateral HEMY
  • 2.15 GaN Lateral And GaN Vertical HEMTs In EVs
  • 2.16 Market Drivers For LED Biz And Applications
  • 2.17 SSL Vs. Classical Technologies
  • 2.18 LED Performance Vs. Traditional Light Sources
  • 2.19 Energy Production And Use Comparison
  • 2.20 Typical LED Drive Circuit
  • 2.21 Integration Of LED And LED Driver Using TSV
  • 2.212 Simple Power MOSFET Motor Controller
  • 2.23 Basic Operating Principle Of Inverter
  • 2.24 System Block Diagram Of An Air Conditioner
  • 3.1 Mitsubishi's IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) Generations
  • 3.2 Infineon's MOSFET Generations
  • 3.3 Intel's FinFET Design
  • 3.4 Fuji's MOSFET versus Super Junction MOSFET
  • 3.5 NEC's GaN-on-Si Power Transistor
  • 3.6 Fujitsu's GaN-on-SiC HEMT Transistor
  • 3.7 Power Semiconductor Market Forecast
  • 3.8 Power Semiconductor Market Shares
  • 3.9 IGBT Module Market Shares
  • 3-10 IGBT Discrete Market Shares
  • 3.11 MOSFET Market Shares
  • 3.12 Market Shares For Super Junction MOSFET
  • 3.13 SJ MOSFETs as an Interim Solution
  • 3.14 Power Transistor Market Share By Application
  • 3.15 Power Discrete Market For Renewable Energy
  • 3.16 Power Discrete Market Hybrid For and Electric Vehicles
  • 3.17 Power Discrete Market For General LED Lighting
  • 3.18 Power Discrete Market For Industrial Motor Control
  • 3.19 Forecast of Widebandgap Semiconductor Market
  • 4.1 Silicon-Based Devices Reaching Maturity
  • 4.2 Enhancement Mode GaN On Si Transistor
  • 4.3 AlGaN/GaN HEMT, GaN MOSFET, MOS-HEMT
  • 4.4 GaN HEMT Material Structure On Si Substrate
  • 4.5 Power Package Integration Roadmap

List of Figures

  • 2.1 Product Families And The Principal End Uses Of Power Products
  • 2.2 Advantages And Disadvantages Of GaN Lateral HEMTs
  • 2.3 Light Source Comparison
  • 2.4 Forecast Of GaN And SiC Power Devices By End Applications
  • 3.1 Market Shares For Japanese Companies
  • 4.1 Physical Properties Of Select Semiconductor Materials
  • 4.2 Wide Bandgap Material Properties
  • 4.3 Lattice Constant And CTE Of Semiconductor Starting Material
  • 4.4 GaN FET Vs Si MOSFET Characteristics
  • 4.5 Standard Chemical Solution For Surface Preparation Of SiC Substrates
  • 4.6 Interface Trap Densities For 4H-SiC Under Different Process Conditions.
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