産総研など、1200V耐圧クラスでも高性能を示すSBD内蔵SiCトランジスタを開発

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今回開発したトランジスタ(SWITCH-MOS)の断面模式図

産業技術総合研究所は2017年12月5日、富士電機と共同で1200Vクラスでも高効率と高信頼性を両立するショットキーバリアダイオード(SBD)内蔵のSiCトランジスタを開発したと発表した。

電力の変換や制御を担うパワーエレクトロニクス分野では、エネルギーの有効活用などを促進するために、機器の効率化や小型軽量化が求められている。特に自動車産業においてはハイブリッド電気自動車(HEV)や電気自動車(EV)の普及が急速に進むと見込まれており、モーター制御に用いられる1200V耐圧クラスのパワーモジュールの高効率化、小型化が重要なテクノロジーと認識されている。

従来のパワーモジュールはシリコン(Si)デバイスのIGBTやダイオードが使用されてきたが、デバイス性能はSiの材料物性によって決まる理論限界に近づきつつある。そのため、高い絶縁破壊電界強度などの、パワーデバイスの小型化や効率化に有利な物性を持つ炭化ケイ素(SiC)を用いたパワーモジュールの開発が求められていた。

SiCデバイスのみを用いたパワーモジュールは、電力変換が大幅に高効率化すると考えられており、その低コスト化や高信頼化にはSBD内蔵型MOSFETを用いることが有効とされている。しかし、これまでに信頼性向上が実証されているのは、3300Vクラス以上の高い耐圧でのMOSFETのみだった。

今回の研究では、SiC半導体を用いた1200V耐電圧クラスのトランジスタ、縦型MOSFETとして、低いオン抵抗と内蔵ダイオードの高信頼性を両立させた独自構造のデバイス(SWITCH-MOS、SBD-Wall Integrated Trench MOS)を開発。量産レベルの試作品で性能を実証した。SWITCH-MOSはトレンチ型MOSFETにトレンチSBDを内蔵することで、1200Vクラスの低い耐圧デバイスでも高い信頼性を実証できた。

今回研究で1200V耐圧クラスでの性能向上が実証されたことで、今後HEVやEVの電力変換システム用途向けなどのオールSiCモジュールの市場導入が進むことが期待されるという。

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