Structural design technology for vertical GaN power devices using topology optimization

• Project/Area Number: 24K07597
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: Daido University
• Principal Investigator: 服部 佳晋 大同大学, 工学部, 教授 (50394581)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加地 徹 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特任教授 (30394422) ; 野村 勝也 関西学院大学, 工学部, 専任講師 (30581425)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2026: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: パワー半導体 / トポロジー最適化 / 窒化ガリウム / 構造設計

Outline of Research at the Start

パワーエレクトロニクス機器の省エネルギー化に大きく貢献できる縦型GaNパワーデバイスの開発が望まれている。その高いポテンシャルを生かす課題の一つに、材料特性を考慮した構造設計がある。従来の構造設計では、設計者が基本構造を考え、次に目標性能を満たすように様々な構造パラメータをシミュレーションを用い、試行錯誤して最適化されてきた。本研究では、トポロジー最適化を縦型GaNパワーデバイスの周辺部の構造設計に応用する。高い設計自由度をもち、かつプロセスばらつきに対するロバスト性も考慮した最適構造を導出する方法を提案する。また、導出したデバイス構造を実際に試作し、提案方法の有効性を実験的に検証する。