Siパワーデバイス高効率・低損失のパワーデバイスを作る

電力変換の要となるパワーデバイスを設計

多くの機器やシステムで、電力変換の機能を果たしているのがパワーデバイスです。パワーデバイスが扱う電圧の範囲は用途に応じて数十Vから数千Vにも及び、電圧によって材料や製造プロセスも大きく異なります。私は携帯電話などの通信基地局にも使われている300V以下の低耐圧のパワーデバイスとして、電力変換効率の良いシリコンのMOSFET（ 金属酸化膜半導体型電界効果トランジスタ）を作る研究をしています。５ミクロン程度の大きさのMOSFETが１万個あまり並んだ素子の中から注目する１つのMOSFETを切り出し、物理シミュレータを利用して電流や電圧のシミュレーションを行います。どこかで想定以上の損失が起きていれば、酸化膜をもう少し薄くする、あるいは歩留まりが落ちないようにサイズを大きくする、といった設計変更を行います。

シミュレーションの工程をAIで自動化

一つの製品ができあがるまで、設計、試作、シミュレーションを繰り返して３，４年かかります。半年に１つか２つの試作を工場に依頼し、できあがった試作品で物理シミュレーションを行い、その結果を新たな設計に反映させてフィードバックすることを４、５回繰り返すのです。私はこのシミュレーションを行い、その結果を新たな設計に反映させるところを担当しています。また、この一連の作業をなるべく時間をかけずに進めたいと思い、AIを使って自動化することにも取り組んでいます。数年前に東芝AI技術者教育に参加し、その後は研究開発センターのアナリティクスAI部門に社内AI留学して連携を深めたことが役に立ちました。自分で作ったソフトウェアを試したところ、それまで２週間ほどかけていた作業が、半日で終わるようになりました。人的リソースをおよそ９割削減できたことになります。

研究テーマはいろいろ

私は入社当初からパワーデバイスの研究をしていたわけではありません。入社から１年はLEDを研究していました。その後テーマが変わり、半導体製造プロセスの微細な溝のパターンを作る工程へのシリコンナノワイヤの応用を目指し、アメリカのメリーランド州にあるジョンズホプキンス大学のKempa先生と共同研究を行いました。先生に相談した際に原理的には可能性があるとのお墨付きをいただき、日米を何度も往復し、論文を出したのは懐かしい思い出です。そして、次の研究テーマがパワーデバイスでした。テーマが変わるということは、つまり、その都度、勉強のし直しです。当初は右往左往して、何をしたらよいかわからない状況でした。とはいえ、私の場合、プログラミングという強みがあります。シミュレーションが得意でない人のためにシミュレータを作る、機械学習を使ってみたいという人のところで機械学習ソフトウェアを作るなどして、自分の居場所をある程度確保できていた気がします。どこにいても何かしらの役には立てると思います。先輩から、研究人生は思ったより短いと聞かされています。そうであればこそ、いろいろなことをやってきたという実感の持てる研究者になりたいと思っています。