実は身近な「半導体」と電気自動車

2023年3月17日 shigemitsu

まとめ

「半導体不足」「半導体需要急増」
近年よく目にする、という方も少なくないでしょう。

半導体の製造には数か月という時間がかかり
供給不足が問題となっていますが

私たちの生活に実はとても密接な「半導体」
どのようなものなのでしょうか

＜半導体とは＞

半導体とは、
電気を良く通す金属などの「導体」と
電気をほとんど通さないゴムなどの「絶縁体」との、
中間の性質を持ち
条件によって電気を通したり通さなかったりできる物質です。

代表的なものとしては下記の元素半導体があります。

ケイ素（Si）
ゲルマニウム（Ge）、
化合物半導体のヒ化ガリウム（GaAs）
リン化ガリウム（GaP）
リン化インジウム（InP）など

とはいえ
理系でない人にとっては　縁遠い物質に聞こえます。

しかし
代表的な半導体のケイ素は
酸素に次いで地球上に多く存在する物質なのです。
酸素とくっついて、二酸化ケイ素として
私たちの身の回りにどこにでもある石ころや砂に岩、
珪石（ケイセキ）に存在しています。

さらに
この半導体で作られたトランジスタや集積回路（IC）といったデバイスは
私たちの身の回りにあるものに
多く使用されていて　非常に不可欠なものなのです。

パソコンやスマートフォン、テレビ、エアコン、
炊飯器や洗濯機といったデジタル家電の生活必需品に使われているだけでなく
運転免許証やパスポートにも使われています。

また
インターネットや鉄道、金融機関のATMといった通信、ネットワークにも
中心的な役割を果たしており

物流、製造、メンテナンス等にいたっても同様で
多くの産業、社会インフラの運営は半導体なしには成り立たちません。

＜車載用半導体デバイス＞

半導体が　現在の私たちの生活に欠かせないものですが
今後はさらにその需要が高まり、

必要になると言われています。

需要が高まる分野とされているのが

高速データ通信技術における半導体の役割の重要性が
この分野の大黒柱であり、不可欠なニーズとなっています。

また
高精細映像の情報処理を可能とする半導体の必要性も高まっています。
8ｋなどの高精密化が進む新技術の映像情報を支える要として注目されています。

そして　今後の自動車のEＶ化にも
非常に重要な役割を担っています。

もともと自動車は走る半導体とも言われる程
半導体部品が使用されています。

パワーウィンドウ、ワイパー制御、
パワーステアリング、オートドアロック、
エアコン、ETC、

等々多くの機器の操作を半導体部品が担っています。

自動車のEV化や自動運転化が進む中
さらなる半導体の必要性が高まっています。

既に記したような周辺機器に加え
安全運転を支援するシステムへの用途へ拡大しています。

・バックアップカメラ
・死角検知
・アダプティブ・クルーズ・コントロール
・レーン・チェンジ・アシスト
・緊急ブレーキシステムなど

このようなインテリジェント機能は、すべて半導体技術の統合によって実現されています。

車載用の半導体は技術的に世界をリードしていると言われています。
より高度な自動運転の実現に向け、強固な安全性のため
あらゆる可能性を予測計算可能な情報処理能力を有するAIの活用等
車載用半導体は
世界中で技術開発が加速しています。

＜パワー半導体＞

未来の自動車産業を支える電気自動車、
その電気自動車には　「パワー半導体」が欠かせないデバイスとなっています。

パワー半導体は、

小さな電力から高い電圧、大きな電流を扱うことができ
モータや照明などの制御や電力の変換を行う半導体です。

扱う電圧や電流が大きいことが特徴で、高い電圧、
大きな電流に対しても壊れないよう通常の半導体とは違った構造を持っており
電気自動車とともに脱炭素社会における重要な役割を果たす次世代の半導体として期待されています。

通常のガソリン車でも　半導体デバイスは多く使われていますが
電気自動車では　さらに
バッテリーやモーターを監視するデバイスや
インバーター回路を制御するデバイスが必要となり
低い電圧で動く部品から高い電圧を必要とするモーターまで、
数多くの部品で作られており、
パワー半導体を要とする部品が、電流を適切に変換して配分します。

これからの電気自動車の普及には　このパワー半導体の需要も高まるだけでなく
その技術は今後も飛躍的に向上すると言われています。
富士経済の調査によると
パワー半導体市場は、
2022年見込みの2兆3386億円に対し、2030年は5兆3587億円規模に拡大すると予測されています。

「パワー半導体」の性能アップにより　無駄な電力消費を控えることができれば
電気自動車の性能の向上だけでなく
ひいては世界の省エネ・環境問題に大きく繋がると言えるでしょう。