SiC パワーMOSFETは、昨�Q����化が始まったものの、まだ量��という��模ではない。先頭を走るロームでさえ、シリコンのプロセス工場に間借りする形で3インチ、4インチのラインを作っており、少量�攵�という段階だという。

SiCのショットキバリヤダイオードはドイツのインフィニオン社（Infineon Technologies）が10�Q�iから�攵�を始めているが、ショットキダイオードは半導��と金�錣箸寮楾腓鮠W(w┌ng)��し、形成する��(c┬)��で�c�Cは合金になる。表�Cに�T晶�L(f┘ng)陥があっても合金処理によりつぶされるため、��業化は早かった。しかしMOSFETは電流がSiC�T晶と�┣祝譴箸猟c�Cを通るため、表�C�L(f┘ng)陥の影�xをまともに�pける。このため電子の通りやすさを表す�‘暗戮魯轡螢灰鵑凌�分の�kと小さい。

SiCの魅��は何と言ってもエネルギーバンドギャップがシリコンの1.1eVに比べ3.0eVもあるため、破�s電�cがシリコンの10倍と高い点だ。しかも動作�a(b┳)度が高く、�Xに��(d┛ng)い。破�s電�cがもともと高いと、耐圧を高くするための高�B�^（不純�颪両�ない）半導��層を薄くすることができる。シリコンだと耐圧を高めるために高�B�^層を厚くせざるを�u(p┴ng)ず、オン�B�^が高くなってしまう。SiCは薄くて済むため耐圧を高めながらオン�B�^を��(f┫)らすことができる。このため600V耐圧で数��Aのトランジスタやダイオードを作ることは容易という�lだ。

SiCの�c(di┌n)き所は�T晶�L(f┘ng)陥がシリコンと比べると極めて�j(lu┛)きい点だ。シリコンでは1000Aクラスのサイリスタやダイオードは実��化されているが、SiCは100A以�屬鮑遒襪里��Mしい。例えばショットキダイオードでは20Aクラスが����であり、75Aクラスはまだ研�|開発段階である。�j(lu┛)電流をとるためには、�j(lu┛)�C積にする��要があるが、動作�C積が�j(lu┛)きいと�T晶�L(f┘ng)陥にぶつかる確率が�j(lu┛)きくなってしまう。この�T果、「�j(lu┛)�C積のデバイスはまだコスト・パフォーマンスが合わない、」とロームの研�|開発本�霓刑猯船妊丱ぅ晃��|開発センター長の中��孝��(hu━)は述べている。

SiC MOSFETを開発してきたロームはSiCの�T晶�L(f┘ng)陥の�Hさに気が��き、�T晶作��工��から�L(f┘ng)陥が入らない形成�\術を開発しようとの思いから、ドイツのSiCメーカーであるSiCrystal社を�A収した。これによって�T晶からプロセス、デバイス�攵�、さらにモジュール���]まで�k棖靴��攵����U(ku┛)が�Dった。

昨�Q�攵�を始めたMOSFETは耐圧600Vで電流容量が5Aと10Aの����。これ以�屬僚j(lu┛)型・�j(lu┛)�C積化はまだ����化できていない。MOSFETでは、�┣祝�-半導���c�Cを流れる電流に�j(lu┛)きな影�xを及ぼす�┣祝譴旅暑]と�c�Cに発�擇垢謠L(f┘ng)陥が問��だとする。�┣祝譴�SiO2が形成できると理�[的だが、このためにはCがCO2となって放出されることが�i提である。もしCが�┣祝貽發忙弔辰討い襪��┣祝譴�����が低下する。加えて、ドレイン・ソース�覦莊狙�のためにイオン�R入した不純�颪�?q┗)�性化するためのアニール�?800℃と極めて高い。このためSiが�^発してなくなり�L(f┘ng)陥が発�擇靴討靴泙Δ海箸�ある。こういったプロセス�屬量筱�が残っているため、歩�里泙蠅呂泙世修譴曚瀕匹�はないようだ。

とはいえ、SiC MOSFETの��性は魅��的だ。�攵�しているプレーナ構�]では、シリコンのMOSFETやIGBTと比べてオン�B�^は1/3と性�Δ呂茲ぁ３�発中のトレンチ型のMOSFETは1/10とさらに小さく、もっと�j(lu┛)電流を流すことができる。開発�vの中����(hu━)は、「シリコンと比べ2〜3倍性�Δ�良くても顧客は�Aってくれない。10倍すなわち1桁良くなければ�Mしい」という。シリコンデバイスの性�Δ亘蓊Q進化しているからだとする。

図1　250℃動作に成功　出�Z：ローム

SiCのトレンチ構�]はもともと�B都�j(lu┛)学の松�S教�bが提案したものだが(参考�@料1)、ロームは松�S研�|室に研�|�^を送り90�Q代後半からSiCの研�|を進めてきた。�B都を舞��にした�劜連携の成功例といえる研�|テーマとなった。ただ、SiCは内�霤田cが高いため、トレンチ構�]の角の�霾�で電�c集中を��こしやすい。これを緩和するため不純�饒悗虜播�化設��にロームは�Dり組んできた。2007�Qにオン�B�^2.9 mΩcm2、耐圧900Vを試作、2010�Qには同2.8 mΩ cm2で1250Vを実現している。量�桵のプレーナ型では7.0 mΩcm2で1000Vだが、1.95 mΩcm2で1290Vのトレンチ��を最�Z、開発している。

図2　200kHz動作で1/10の�j(lu┛)きさに　出�Z：ローム

ロームは開発したSiCパワーモジュールの実使��での�h価も実施している。高�a(b┳)に��(d┛ng)いセラミック基���屬房��△掘⊆�囲�a(b┳)度225℃でTj=250℃の高�a(b┳)動作も確認している(図1)。さらに10kWのDC-DCコンバータに適��した例(図2)ではSiのIGBTでは10kHzのスイッチング周�S数でしか動かせなかったが、SiC MOSFETでは200kHzで動作させることに成功した。この�T果、リアクトルコイルを1/10以下に小型化でき、リアクトル(コイル)容�_(d│)の�_量は21kgから720gへと1/30に軽量化した。

SiC MOSFETを組み込んだインバータモジュール�O身のサイズも小型になった。600V/300Aのインバータモジュールの�j(lu┛)きさは、2cm×3cm��度でSi IGBTの1/10の��積になったとしている。

図3　モータに内�轍��Δ法―儘Z：ロームおよび�W川電機

実際のインバータはモータ�U(ku┛)御するために使う�lだが、インバータなどの電���U(ku┛)御����とモータとの�{(di┐o)�`が長いと�j(lu┛)電流のためノイズを?y┐n)Rいやすくなる。そこで高�a(b┳)に耐えられるSiC MOSFETモジュールをモータ内�陲冒箸濆�み、配線そのものを�]くカットしたモータを�W川電機と共同で開発している(図3)。最新型のSiCトレンチMOSとショットキダイオードを組み込んだSiCモジュール（14cm×16cm×1.9cm）の�U(ku┛)御ボード（600V/1000A）をモータに内�鼎靴討い襦�

参考�@料
1. 低炭素社会�Г┐襯轡螢灰鵐�ーバイド、デバイス実��化への�Oを切り開く、�劜官連携ジャーナル、vol.6, no.12,2010