SiCパワーモジュール、MOSFETの����化相次ぐ
SiCのパワーモジュールが相次いで�x場に出てきた。��菱電機が8月からサンプル出荷を開始、ロームは3月にSiCパワーMOSFETを2個組にしたモジュールを�x場に出している。サンケン電気もSiCやGaNのパワートランジス開発に�Dり組みショットキダイオード（SBD）を13�Q後半には�攵�する予定だ。パワーモジュールはSiC MOSFETやSiCショットキバリヤダイオードなどをハイブリッドICのように集積したもの。
図1 DIPタイプのSiCパワーMOSFET＋SBDモジュール
SiCはSiよりも低�B�^で、耐�X性が高い、ワイドバンドギャップの半導��材料。材料�O身の絶縁破�s耐圧がSiの10倍も高いため、高�B�^にしなくても�科�な耐圧が�uられる。このためMOSFETは、Siより低いオン�B�^で高い耐圧を実現できる。Siでは、耐圧を�屬欧覆�らオン�B�^を下げるため、電流を運ぶキャリヤとして電子と��孔の2�|類を使うバイポーラ構�]を採っている。これがIGBT（Integrated Gate Bipolar Transistor）だ。しかし、IGBTはオン�X��からオフ�X��にスイッチングする時には少数キャリヤの蓄積時間が余分に残ってしまうため、高�]動作ができない、という�cき所がある。
MOSFETには少数キャリヤの蓄積効果がないため高�]動作が可�Δ澄�SiCのMOSFETは低オン�B�^・高耐圧・高�]と��拍子そろっている。SiCパワーMOSFETは、3相モータや3相交流を�U御するのに使われるが、�j電流・高耐圧の�j電��を高�]でスイッチングすると、充放電に��要なコイルやコンデンサを小型にできるというメリットがある。
��菱電機が発表したSiCパワーMOSFETモジュールは、家電モータ�U御��と�噞��の����があり、まずは家電��のPFC（��率改���v路）内�鼎�DIPタイプの����（図1）を8月にサンプル出荷する。これは600V耐圧で20Armsを�U御する。最�j50kHzでスイッチングできる。PFC�v路では、2相のインターリーブ�擬阿鮖箸ぁ�180度位相をずらしリップルを�]ち消し合うことで、高調�Sの少ない�W定化電圧を発�擇気擦襦�このDIPタイプのモジュールにはSiC MOSFETとSBDをそれぞれ2個ずつ2組集積している。スイッチング時と直流時の��失を合わせた��電����失は45%低��できるとしている。スイッチングトランジスタを��来のSi IGBTにしてSiCのSBDと組み合わせたハイブリッドタイプでも��失は12%改��できるという。
さらに2013�Q1月にサンプル出荷を予定している�噞��のモジュールSiC-IPM（1200V、75A）ではさらに��失が低��する。SiC MOSFET+SBDでは70%低��され、SBDだけのSiCでも25%低��される。このモジュールには電流センス機�γ�トランジスタ、�~動�v路、保護�v路も内�鼎靴討�り、3相交流を�~動するためにSiC MOSFET＋SBDを6組集積している。
最も�jきな電流をスイッチングするためのパワーモジュールは1200V/800AのフルSiCモジュール（図2）で、MOSFET＋SBDを4組集積している。これも電����失は70%改��されるという。
図2 1200V/800AのフルSiCモジュール 出�Z：��菱電機
��菱電機は電�Zの�v�撻屮譟璽���のスイッチングデバイス（1700V/1200A）を���Tしている。これはSiのIGBTとSiCのSBDを搭載したパワーモジュールだが、東�Bの地下鉄銀座線の新型�Z両に使われているという。端子をネジで�Vめるだけの構�]にしており、�Xと電気�B�^を共に下げやすい。
SiC MOSFETを量��しているメーカーはまだ少ないが、��菱電機は、パワートランジスタの量��の定�Iを月��1000個以�屬世箸靴討い襦�この定�Iによると、SiCパワーモジュールの量��は2015�Qくらいだろうとしている。
ロームは3端子モジュールを����化
ロームは3月にパワーモジュール（図3a）のサンプル出荷を発表したのに��き、6月にはTO-247モールドパッケージに封�VしたSiC MOSFETとSBDの3端子デバイス（図3b）を発表している。6月からサンプル出荷し7月から量��とプレスリリース（参考�@料1）に述べられている。量��の定�Iを7月に東�Bビッグサイトで開かれたテクノフロンティア会場の�t��ブースでたずねたが、数量についての情報は答えられないとのことだった。
ロームは1200V/35Aのこの3端子デバイスSCH2080KEに加え、SBDを内�鼎靴覆�SiC MOSFET、SCT2080KEも����発表している。もともとMOSFETには基��pnダイオードが�△���けられているが、pn接合のため高�]動作はできない。高�]動作させる����ではSBD内�鼎�����を使う。SBDは�H数キャリヤのみのダイオードなので、少数キャリヤの蓄積時間がなくスイッチング動作が�]い。テクノフロンティアでは、このトランジスタを�W��して1200V、100Aのモジュールを作りスイッチング動作の確認を発表した。スイッチング周�S数5kHzで��失を45%削��、20kHzだと63%も削��できている。
図3 SiCパワーモジュール(a)と、MOSFET＋SBDの3端子SiCデバイス(b)
現在は、サーバ��の電源やソーラーパネルのパワーコンディショナ、電気�O動�Z��充電�_などへの応��を考えているが、今後はもっと電流容量を�\やし電気�O動�Zの�~動や電�Zの�~動への応��に向けたデバイス作りを狙うとしている。
ロームはSiC�T晶メーカーのドイツSiCrystal社を2009�Qに�A収、子会社化した。�T晶からトランジスタ�攵�までを�}�Xけている。����化したSiC MOSFETは��てプレーナ型の����だが、研�|開発ではよりオン�B�^の低いトレンチMOSを発表している。
パワーエレクトロニクスのサンケン電気もSiCデバイスとして、1200V、10A/20A/30Aの厚さ100μmの薄型MOSFETを開発している。����は未定だが、600V、10AのSBDは13�Q後半から4インチウェーハで量�凮始すると述べている。
参考�@料
1. 世�cで初めてSiC-SBDとSiC-MOSFETを1パッケージ化し、量�凮始 (2012/06/14)
