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IGBTはSiCでは使われないことがされた「人とクルマのテクノロジーt」

O動Zエレクトロニクスの分野で唯k発に動いている分野がある。ハイブリッドカーと電気O動Zだ。ある外@U半導メーカーのマーケティングマネジャーは「O動ZメーカーにICをeっていっても相}にされないが、電気O動Z向けの半導をeっていくと、すぐに飛びつく」と言う。O動Zの最先端\術を見せる見本xである「人とクルマのテクノロジーt」では電気O動Z向け半導のtが少ない中、東はシリコンのIGBTとSiCのショットキーダイオードの組み合わせで失が30〜40%ることをした。

tされた電気O動Zは、富士_工のプラグイン軽O動Z「スバル ステラ」と、菱O動Zの4人乗りの軽O動Z「iMiEV」だけ。トヨタの新型プリウスとホンダのインサイトというハイブリッドカーのtはもちろんあったが、開発中の電気O動Zはk切外陲暴个靴討い覆ぁこれまでtされたり、菹罎鯀っている電気O動Zはすべて軽O動Zに分類されるような出の小さなクルマだけ。「スバル ステラ」の出は9.2kWh、「iMiEV」は16kWhと小さく、日O動Zが2010Q秋に発売を予定している電気O動Zには80kWのモーター+インバータが使われる。


Liイオン電池を使うスバルステラ(左)とiMiEV()の電気O動Z
Liイオン電池を使うスバルステラ(左)とiMiEV()の電気O動Z


電池を直並`にして高電圧・j電流をuるわけだが、電圧に関しては「スバル ステラ」が345.6V、「iMiEV」は330Vに屬欧討い襦この直流の電池電圧でモーターをvすlだ。モーターは堙賄な電圧変化をWするデバイスであるため、インバータを使って直流をパルスに変える要がある。

モーターをW定的にv転させるため、3相交流のインバータを使う。このインバータには、スイッチングトランジスタと逆電流を流すショットキバリヤーダイオードを逆並`に接した1組のスイッチを6組要とする。120度ごとにモーターをv転させるため、このトランジスタを次々にオンしていき、モーターのコイルに電流を流していくlだが、電気乗Z向けトランジスタに要求される性Δ蓮1チップ当たり100Aで耐圧600Vである。現在のハイブリッドカーには200A要なため2チップを並`に動作させている。

高耐圧・j電流を実現するために、現在のハイブリッドカーには耐圧600Vのシリコンpinダイオードが使われているが、pinダイオードは少数キャリヤの蓄積時間が残るため、その分失になる。ショットキーダイオードはH数キャリヤ動作であるため、この蓄積時間がなく高]で失が少ないが、600Vというjきな耐圧はuられない。このためSiCをいて600V耐圧をuる。

東は、このSiCショットキーダイオードとSiのIGBTのペアを6組いて4kVA級の3相インバータモジュールを作、Z茲vすデモを行った。この組み合わせで来のハイブリッドカーに使われているインバータよりも失は30〜40%少したと東は言う。ただし、4kVA級の電圧・電流容量ではクルマを動かすパワーにはまだ遠い。


SiのIGBTとSiCショットキーダイオードを使った3相インバータでZ茲vす
SiのIGBTとSiCショットキーダイオードを使った3相インバータでZ茲vす


さらにトランジスタ霾もSiCにして600V耐圧で100Aをスイッチできるトランジスタを開発中だ。今v、tしたのは電流容量がまだ10A度の小さなJFET。なぜJFETか。SiCではIGBTは作れないからだ。IGBTではアノード霾のpn接合にバイポーラのキャリヤを使うためSiCはSiよりもエネルギーバンドギャップがjきい分、順妓電圧VFも2.5V度とjきい。このため、j電流を流すのには適さないとみられる。ドイツのインフィニオンテクノロジーズもO動Zパワーモジュールを開発していたが、SiCにはMOSFETかJFETが使われると見ていた。

k気如SiCT晶にMOS構]を作れるほどゲート┣祝譴はまだよくない。MOScCのチャンネルB^が高く、まだ使えるレベルには達していないという。


2インチのSiCウェーハに試作された東のパワーJFET
2インチのSiCウェーハに試作された東のパワーJFET


しかし、JFETはノーマリオンデバイスであるため、ゲートに負電圧をかけなければオフしない。このため電圧と負電圧の二つが要となり、v路がやや複雑になる。やはりノーマリオフ型のMOSFETが欲しい。東はノーマリオフ型のSiCWのMOSFETの開発を進めている。詳細なQはまだ行っていないが、今のところはSiCになるとIGBTは使われない、といえそうだ。


(2009/05/22 セミコンポータル集室)

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