| 研究課題/領域番号 |
01460131
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| 研究種目 |
一般研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究分野 |
電力工学
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
村上 吉繁 大阪大学, 超伝導エレクトロニクス研究センター, 教授 (70029015)
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| 研究分担者 |
伊瀬 敏史 大阪大学, 工学部, 助手 (00184581)
辻 毅一郎 大阪大学, 工学部, 教授 (30029342)
山本 純也 核融合科学研究所, 教授 (00029208)
白藤 純嗣 大阪大学, 工学部, 教授 (70029065)
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| 研究期間 (年度) |
1989 – 1991
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| キーワード | 極低温パワ-エレクトロニクス / 超伝導マグネット / 半導体の極低温特性 / 電力変換器の極低温運転 |
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| 研究概要 |
半導体素子を用いるパワ-エレクトロニクス装置は超伝導マグネットを中心とした超伝導機器の制御に用いるにはいくつかの問題点がある。すなわち、(1)超伝導機器は電力制御の高効率と高集積化を目指して応用されるのに対し、半導体素子は半導体の通電容量および耐圧の制限によって超伝導機器のような集積化、小型化にうまく適合しない。(2)超伝導機器は通常、極低温環境下で運転されるが、半導体機器は室温における運転が主流である。そこで本研究では、超伝導機器と同じ極低温環境下で運転されるパワ-エレクトロニクスシステムとその半導体素子の開発を目指して平成元年度から3年間にわたる研究を行った。得られた成果は以下のとおりである。
(1)ユニポ-ラ形デバイスのMOSFETは80K付近の温度で最も損失が小さくなり、オン時の等価抵抗が室温での1/3〜1/6となる。耐圧の高い素子ほど低温でオン時の等価抵抗が減少する度合いが大きい。
(2)パワ-MOSFETでは内部ダイオ-ドの高速化を図るため白金などの重金属のド-ピングや電子線照射などを行うが、重金属のド-ピングは低温における多数キャリアの凍結をも引き起こし、MOSFETの低温特性を劣化させる。電子線照射ではこのような特性劣化は引き起こさない。
(3)パワ-MOSFETとダイオ-ドを用いて超伝導マグネットと同じクライオスタット内の80K付近の温度で動作するチョッパ回路を作成し、回路の動作特性を調べた。現状では室温換算の電力損失は室温運転時の損失を上回るが、窒素液化機の効率向上と極低温でさらに低損失を示す素子の開発により特性の向上が見込まれる。
(4)パワ-MOSFETの二次元モデルを用いて素子中の電流分布、電位分布、電界分布などの解析を行い、極低温における素子の最適設計について検討を行った。
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