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SiCパワー半導、まずショットキを電Zに搭載

7月23日から25日にかけて、電源やバッテリ、モータ、X設など、パワー半導を中心とするTechno-Frontier 2014が東Bビッグサイトで開され、新聞L屬任魯僖錙屡焼関係の発表がHかった。SiCは課だったコストが議bされるようになってきた。

7月22日の日本経済新聞は、B都経済集の中で、B都の企業を中心にSiCパワー半導に関する共同開発プログラム「B都地域スーパークラスタ-プログラム」を、JST(科学\術振興機構)から2017Q度まで4億の\をuて推進している、と述べている。オムロンやBセラ、サムコ、作所、住友電気工業、ニチコン、日本電、堀場作所、田作所、ロームなどの企業に加え、B都j学やB都工繊j学、同志社j学、立命館j学などが参加する。

ロームは国内企業では早い段階からSiC半導を開発してきたが、その研|を先導してきたのがB都j学@誉教bの松S弘之。同は、Si半導が確立し始めた1960Q代終わりころからSiCを}Xけてきた。1987QにステップU御エピタキシー法と}ぶ\術を開発し、転位をはじめとするT晶L陥をらしたことで、実化が見えてきた。95Qにはショットキバリアダイオード(SBD)、99QにFETを開発したが、日本の半導j}は見向きもしなかったと松Sは筆vに語っている。

ちょうどその頃、盜颪Cree社がSiC基の販売を始め、ドイツのInfineon Technologiesが2001QにSBDを発売した。ロームは、B都j学の松S研|室に研|^を派遣、SiC半導の研|を国内で最初に始めた。これによってロームは2010Qに国内では初めてSBDの量に踏み切れるようになった。今では、ロームに加え、菱電機、富士電機、デンソーなどがSiCパワー半導の開発している。デンソー以外は販売も始めている。

SiCパワー半導は、SBDとパワーFETの内、コストが1桁高いパワーFETはまださほど普及していない。しかし、SiのFRD(高]リカバリダイオード)をSiCのSBDに変えるだけでも失が20%度下がるといわれ、SBDから電Zへの採が始まった。SiCのSBDが営団地下鉄銀座線の新型Z両や、阪電鉄の8000UZ両に使われ始め、2015Q秋にはJR兢}線のE235UZ両に搭載される見込みになっている。さらに、小田電鉄ではSiC MOSFETも搭載したフルSiCのVVVF(variable voltage variable frequency)インバータを採した1000UZ両をこの12月から運行させる予定である。

SiCの咾澆蓮Siよりも絶縁破s耐圧が1桁高いこと。このため、不純馭仕戮高くても(比B^が低くても)耐圧を屬欧襪海箸できる。そのT果、オンB^を下げながら高い耐圧をuることができる。電流を\やすためにIGBTなどのバイポーラ構]を採る要がなく、H数キャリアデバイスですむ。SBDや、MOSFET/JFETなどのH数キャリア型トランジスタで高]動作が可Δ砲覆襦

高]スイッチングが可Δ砲覆襪函外けのコイルやキャパシタが小さくてすむため、それらp動素子のコストを下げることができる。SiC半導Oのコストは1桁高いが、インバータシステムの小型化が図れるため、システムのコストは1桁アップするlではない。数倍ないし数%のコストアップを容できるシステムかどうかでSiCパワートランジスタ導入時期の違いが出てくるだろう。InfineonがCCM(連導通モード)U御の400WのPFC(率改)モジュールで比較・QしたT果、バイポーラデバイスを使った140kHz動作と比べ、SiCのSBDとSiのMOSFETを使った500kHz動作の気むしろ8%コストダウンになるという(参考@料1)。

デバイスでは、SiCのSBDとMOSFETをkつのモジュールに組み込んだフルSiCモジュールの発表が相次いでいる。菱電機が600V、20Aの家電の小型モジュールを発表し、この5月には1200Vで100A〜600Aのパワーモジュール(2瓦MOSFETとSBD)を化した。ロームも1200V・300Aのパワーモジュール(同)のサンプル出荷を始めた。

研|フェーズでは、MOSFETよりもさらにj電流を可Δ砲垢襯丱ぅ檗璽薀肇薀鵐献好燭慮|も始まっており、松Sの後をMいだv本暢教bが来の送電や高耐圧・j電流の半導を`指している。

参考@料
1. コスト・パフォーマンスで考えるSiCデバイス〜InfineonのDり組み (2014/07/10)

(2014/07/28)
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