SiC 素子の基礎と応用第１章：パワーエレクトロニクスの新展開

SiC素子の基礎と応用第１章：パワーエレクトロニクスの新展開SiC素子の基礎と応用第１章：パワーエレクトロニクスの新展開２００３、Apr.24 Ken-ichi Kobayashi

１.ワイドギャップ半導体による　　パワーエレクトロニクスの新展開１.ワイドギャップ半導体による　　パワーエレクトロニクスの新展開・パワーエレクトロニクス・・・電力の変換＆制御を効率よく行う技術・パワーデバイス・・・スイッチング（電流のON・OFF切り替え）を行うが求められる低電力損失高速(高周波）応答高耐圧

2.デバイスの超低損失化とSiC 素子特性：「素子構造」、「素子材料」 Si素子に感じられる使用限界 ex.電源ON・OFF時における素子破壊 (破壊耐量の不足）放熱能力(熱伝導度）大なら、破壊耐量が大

SiC半導体 バンドギャップEg：約３倍（Siと比較）絶縁破壊電界EB ：約７倍（同上）熱伝導率　　：約３倍（同上）オン抵抗(通電時の損失）：１ / ２００「低損失・高温動作」　ｖｓ　「高速動作」　のトレードオフ関係を打破できる可能性がある。

3.パワーデバイス パワーデバイスファミリー（Siでは）・ユニポーラデバイスーオン抵抗が高い。。。オン抵抗 ∝ V2.5 →低耐圧、高速(高周波）素子・バイポーラデバイス →高耐圧、低損失素子

パワーデバイス（ＳｉＣ） • 絶縁破壊電界ー１桁大きい（Ｓｉより） • ドリフト層のドナー濃度－２桁高く（Siより） • 厚さ－１桁薄く（Siより）オン抵抗を小さくできる「高耐圧」かつ「高速動作」かつ「低損失」な素子

ＦＥＴ（Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ） • スイッチング機能ー電力量を制御する • 動作がＧａｔｅに加える電圧によって支配される

JFET (Junction FET:接合型ＦＥＴ) << ノーマリオン型デバイス >> /ＯＦＦ状態/ Ｇａｔｅ－Ｄｒａｉｎ電極間に逆バイアスをかける →空乏層を広げる → チャネル(通路)を塞ぐ →電流を流さない /ON状態/ バイアス電圧をかけない・キャリアの移動度がＳｉＣバルク内移動度と等しい

MOSFET（Metal Oxide Semiconductor FET:金属・酸化物・半導体ＦＥＴ） /ON状態/ Ｇａｔｅに電圧を印可 → 静電誘導を起こす →チャネルを形成 → 電流が流れる /ＯＦＦ状態/ 電圧を印可しない・チャネル抵抗が高い（ＳｉＣの場合)

MESFET(Metal Semiconductor FET：金属・半導体ＦＥＴ) • Ｇａｔｅへの入力信号で電力の出力レベルを制御ゲートにバイアスを印可 → 空乏層を領域を制御 → 電流量を制御 • 高周波用途向けデバイス

各種半導体の特徴 (注)Johnson指数　＝　(絶縁破壊電界×電子飽和速度)2 Key指数　＝　熱伝導率×(電子飽和速度／誘電率)

SiC 素子の基礎と応用 第１章：パワーエレクトロニクスの新展開