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1 2014 年 12 月 28 日 ( 日 )10:35-11:00 第 8 回日中省エネルギー 環境総合フォーラム GaN を用いた新しいエレクトロニクスと 省 創エネルギーへの貢献 名古屋大学大学院工学研究科電子情報システム専攻教授名古屋大学赤﨑記念研究センター長天野浩 1/22

2 なぜ研究テーマとして青色 LED を選んだか? 気相成長 AlN 松下技研 赤﨑 勇 1981 名古屋大学 名城大学 ( 名古屋大学名誉教授 ) 1981 名古屋大学 1982 卒業研究 研究テーマ 窒化物青色 LED TV のブラウン管は 大きすぎる! もし自分が青色 LED を作れば 世界を一変できるに違いない! 2/22

3 GaN 青色 LED 開発の歴史 赤﨑 勇 1981 名古屋大学 名城大学 ( 名古屋大学名誉教授 ) ワイドギャップ GaN 青色 LED 中村修二 ( 日亜化学工業 現在 UCSB) 1989~1993: GaN 低温バッファ熱処理による p 型 GaN InGaN/GaN ダブルヘテロ スマートフォン 1985 低温バッファー ( 修士課程 ) 1989 p 型 GaN( 助手 ) Gussisaurio 天野 浩 1988 名古屋大学助手 1989 工学博士 ( 名古屋大学 ) 名城大学講師ー教授 2010 名古屋大学教授 1989 JST 1995 事業化 豊田合成 青色 LED 光の三原色 1999: 白色 LED 黄色蛍光体 Rotatebot 3/22

4 GaN 青色 LED 生産の現状 中国企業の貢献 国 地域別 LED 生産量 LED による省エネに世界で最も貢献しているのは中国企業! 4/22

5 GaN 青色 LED 生産の現状 中国企業の貢献 Taiwan 共同研究 San an China Taiwan Changelight China Taiwan Taiwan 5/22

6 日本における発電の現状 There are 48 reactors in Japan. 6/22

7 日本における発電割合の推移 The Federation of Electric Power Companies of Japan 火力 TWh 原子力 Nuclear Coal LNG Oil Hydro Geothermal and new energy 2011 年 3 月 11 日東日本大震災 7/22

8 アメリカにおける LED 照明の市場浸透予測 全消費電力量 4273 TWh 297/4273~7% 8/22 U.S. DOE Energy Savings Potential of Solid-State Lighting in General Illumination Applications, Jan.2012

9 日本における LED 照明の市場浸透予測 1000 LED lighting Other lightings LED ratio Year Data from Fuji Chimera Research Institute, Inc., 2014 LED Related Market Survey LED 照明の普及により 2020 年までに全発電量のうちの約 7% ( 約 1 兆円分 ) の電力消費削減が可能! 9/22

10 中国からの出荷金額の将来予測 約 1/4 大きな価格差 10/22

11 LED の普及促進のための課題 基板剥離実装 2013 年と比べて ~1/5 11/22 US Department of Energy Solid state lighting Research and Development: Manufacturing Roadmap September 2013

12 ディスプレイ照明以外の期待される産業用 LED 応用 12/22

13 食物工場用光源 植物育成 - 水耕栽培などに 225 球使用!15W 強力植物育成 LED 照明 - 低消費電力で長寿命で明るい照明 -a145- 赤 青 ( 植物育成仕様 ) /dp/b0042nv9ym 13/22

14 医療用光源 動物の行動制御 A blue-shifted light-driven proton pump for neural silencing Yuki Suto, Ayako Okazaki, Hikaru Ono, Jin Yagasaki, Seiya Sugo, Motoshi Kamiya, Louisa Reissig, Keiichi Inoue, Kunio Ihara, Hideki Kandori, Shin Takagi and Shigehiko Hayashi JBC Papers in Press. Published on May 28, 2013 as Manuscript M The latest version is at 青色光受容型分子 ( 青色光が吸収され橙色に見える ) の作成 (A) 線虫における発現確認 (B-E) と 野生型 (F) 及び変異体 (G) の光応答性 変異体は黒丸の 550nm より 白丸の 500nm で効率的に神経抑制 ( 縦軸 ) が誘起されることがわかる 14/22

15 医療用光源 動物の行動制御と光遺伝学 光活性化イオンチャネルであるチャネルロドプシン 2 またはハロロドプシンを特定のニューロンに遺伝子工学的手法を用いて強制発現させた後 これらの細胞に特定の波長の光を照射することにより 標的とするニューロンをそれぞれ興奮または抑制させることができる (Wikipedia より ) Washington University School of Medicine in St. Louis and the University of Illinois at Urbana-Champaign Read more: Science 12 April 2013:Vol. 340 no pp /22 光反応制御 = クリーン

16 パワーデバイスへの応用 GaN HFETs IM ゲートドライブ回路 制御回路 GaN HFETs を用いたモータ制御用インバータ GaN HFETs 16/22 次世代照明等の実現に向けた窒化物半導体等基盤技術開発 / ナノエレクトロニクス半導体新 材料 新構造技術開発 - 窒化物系化合物半導体基板 エピタキシャル成長技術の開発

17 家庭及びオフィスでの直流電化製品の増加 これまで : 交流送電および変圧器による電圧変換 AC 直流高電圧および低電圧製品の増加 DC HVDC V LVDC 12-48V AC 100,200V 17/22 DC-DC コンバータの必要性増加

18 今後懸念される情報トラフィック増大による電力消費の増大 18/22

19 なぜ GaN は期待されるのか? GaN Si GaAs 19/22

20 GaN による低損失システムの実現 パワーデバイスの役割 DC100W パワー 損失 ( 熱 ) 5W インバータ (Si ー IGBT) AC95W Energy Loss (100%@Si-IGBT) GaN を用いることによる損失低減の効果 Switching loss Transmission loss 5% Loss 0.75% Loss Si 4H-SiC GaN (Materials) 高周波 ハイパワーデバイスの低損失化 20/22 周波数

21 GaN による超高効率太陽電池の可能性 x In =0.29 x In = eV (InGaN) (λ:~527nm) 2.25eV (InGaN) (λ:~551nm) 1.86eV 1.40eV 1.0 ev V OC :3.0 V J SC :14 ma/cm 2 η: 36% (1sun) : 45% (1000sun) 1.86eV 1.40eV 1.0 ev V OC : 4.63V J SC :9.54 ma/cm 2 η: 38.2% (1sun) : 47.4% (1000sun) 1.75eV 1.40eV 1.0 ev V OC : 4.44V J SC :11.15mA/cm 2 η: 43.5% (1sun) : 53.3% (1000sun) ポストシリコン超高効率太陽電池 21/22

22 省エネルギーデバイス普及による世界貢献のために 22/22

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