📘 CMOS適用限界とWBGへの分岐まとめ

Where CMOS ends and WBG (SiC / GaN / Diamond) begins

✅ 電圧・用途の棲み分け | Voltage & Application Mapping

技術 / Technology	耐圧レンジ（目安） / Voltage Range	集積度 / Integration	主な強み / Strengths	適用分野 / Applications
CMOS	1–5 V（ロジック回路） Logic level	⭐⭐⭐⭐⭐ 高 / High	高集積・低消費電力 High density, low power	CPU, GPU, DRAM, SoC
BCD	5–200 V	⭐⭐⭐ 中 / Medium	デジタル＋アナログ＋中耐圧を1チップ化 Mixed-signal + power integration	PMIC, 車載IC, モータードライバ
LDMOS	20–200+ V	⭐⭐ 低 / Low	中耐圧・高出力・RF対応 Medium voltage, high power, RF capable	基地局PA, 車載電源
SiC	600–1200 V+	⭐ 低 / Low	高耐圧・高温・高効率 High voltage, high temperature, efficiency	EVインバータ, 産業電源
GaN	100–650 V（RF:〜100 GHz）	⭐⭐ 低 / Low	高速スイッチング・高周波・小型化 Fast switching, RF, compact	充電器, サーバ電源, 5G基地局, レーダー
Diamond	kV〜10kV級（研究段階）	☆ 非常に低 / Very low	超高熱伝導・超高耐圧（理論最強） Ultra-high thermal & breakdown	宇宙, 核融合, 将来応用

📊 適用領域イメージ | Application Landscape

graph TD
    A[CMOS 適用領域<br>*Low voltage, high integration*] --> B[BCD<br>*5–200 V mixed-signal power*]
    B --> C[LDMOS<br>*20–200+ V RF/PA*]
    B --> D[GaN<br>*100–650 V fast switching/RF*]
    D --> E[SiC<br>*600–1200 V high power*]
    E --> F[Diamond<br>*kV extreme future use*]

🔀 選定フロー | Selection Flow

SoC集積が必須？
Is SoC integration required?
→ はい → CMOS / BCD
耐圧 > 200 V 必要？
Need >200 V blocking voltage?
→ はい → LDMOS / GaN / SiC
> 600 V必要？
Need >600 V?
→ はい → SiC（さらにkV級なら Diamond / Ga₂O₃）
高周波・RF用途？
RF or high-frequency application?
→ はい → GaN（特に GaN on SiC）

🎯 まとめ | Summary

CMOSの限界 = 数十V以下、SoCやロジック領域
CMOS limit ≈ under tens of volts, for logic/SoC
数十V〜200V → BCD / LDMOS が適用範囲
Medium voltage handled by BCD/LDMOS
200〜650V → GaN が有利（電源小型化・RF高効率）
GaN dominates mid-voltage & RF power
600V超 → SiC が本命
SiC leads in high-voltage & power electronics
kV級・極限環境 → Diamond（研究段階）
Diamond for extreme and future applications

🧩 System in Package 視点 | SiP Perspective

単一プロセスでは全領域をカバーできないため、実際の応用は「System in Package (SiP)」で複数チップを組み合わせるのが主流です。
Since no single process covers all domains, practical applications rely on System in Package (SiP) combining multiple dies.

CMOS → 制御・ロジック・インターフェース
Logic, control, interface
BCD / LDMOS → 電源管理・中耐圧駆動
Power management, medium-voltage driving
GaN / SiC → 高耐圧・高効率のパワー変換
High-voltage, high-efficiency power conversion
Diamond（将来）→ 超高耐圧・放熱の極限用途
Future: extreme high-voltage & thermal handling

🔹 実例 | Practical Examples

📱 スマホPMIC：CMOS制御 + BCD電源 + LDMOSスイッチ
Smartphone PMIC: CMOS logic + BCD power + LDMOS switch
🚗 EVインバータ：SiC MOSFET + CMOSゲートドライバ
EV inverter: SiC MOSFET + CMOS gate driver
📡 5G基地局PA：GaN HEMT + CMOS制御回路
5G base-station PA: GaN HEMT + CMOS control

🖼️ 見取り図 | Technology Integration Landscape

📊 図1: 概念モデル | Conceptual Model

CMOS = 🧠 Brain（制御・ロジック）
WBG (GaN/SiC) = 💪 Muscle（パワー・RF）

graph TB
    A[🧠 CMOS<br>*Brain: Logic & Control*]
    B[⚡ BCD/LDMOS<br>*Power Management*]
    C[💪 GaN/SiC<br>*Muscle: Power & RF*]
    D[🔮 Diamond<br>*Extreme Future*]

    A -->|Control| B
    A -->|Drive| C
    B -->|Assist| C
    C -->|High Power Domain| D

📊 図2: 技術マップ | Voltage & Application Landscape

graph TD
    A[CMOS 1–5 V] --> B[BCD 5–200 V]
    B --> C[LDMOS 20–200+ V]
    B --> D[GaN 100–650 V]
    D --> E[SiC 600–1200 V]
    E --> F[Diamond kV級]

    G["System in Package (SiP)"]
    H["Chiplet + UCIe"]

    A --> G
    B --> G
    C --> G
    D --> G
    E --> G
    F --> G
    G --> H