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
「SiCパワー半導��の価値は、コスト・パフォーマンスで考えよう」。SiCのショットキダイオードやFETを、SiのIGBTと単価だけで比べるとSiCは高い。しかし、システムあるいはモジュールでのコストが�Wければ、ユーザーには�jきなメリットになる。もちろん性�Δ蝋發ぁ�Infineon Technologiesが考えるSiC戦�Sは�x場原理に基づいている。
図1 SiCデバイスを開発してきたInfineon Technologies社SiCシニアディレクタのPeter Friedrichs��
これまでの所、Infineonが考えるコスト・パフォーマンスは、SiのトランジスタとSiCのショットキバリヤダイオード（SBD）の組み合わせだという。「テクノロジーがベストだとか新しいとかではない」と、同社SiC�靆腑轡縫▲妊�レクタのPeter Friedrichs��(図1)は述べている。同社は2002�QからSiCのSBDを出荷してきており、システムレベルでSiC SBDのコスト・パフォーマンスについて検討している。
連��導通モードの400W��率改��（PFC）�U御システムの例 (図2)では、トランジスタにSiのパワーMOSFETであるCoolMOS C3とSiCのSBDとの組み合わせと、��来のバイポーラパワートランジスタ＋ダイオードの組み合わせを比べると、コストは8%削��できたと見積もった。CoolMOSとSiCのSBDの合��価格は�屬�ったが、高�]動作できることからスイッチング周�S数を��来の140kHzから500kHzに�屬欧襪海箸�でき、その�T果PFCチョークコイルを小型化できたためにコイルのコストが����した。
図2 ��率改��システムではSiCのダイオードを使う�気�低コストに 出�Z：Infineon Technologies
同社はSiCのトランジスタとして、MOSFETとJ(接合型)FETの二つについて1992�Qから検討してきた(図3)。MOSFETは半導��表�Cチャンネルを電流が流れるデバイスであり、JFETはバルクを流れるデバイスである。MOSFETでは、表�Cチャンネルは表�Cの��さや�c�C��位などによって�B�^が�\加したり信頼性が�Kくなったりするといった問��がある。JFETの電流はバルクだけを通るためそのような問��はないが、ノーマリオン動作 (ゲート電圧がゼロでも電流が流れるため、オフにするには逆バイアスが��要) が使いづらいといった別の問��がある。MOSFETかJFETか、Infineonは検討した。�c�C�L陥は初期不良だけではなく、デバイスが動作を��けている中で劣化していくという信頼性の問��に�瓦靴董∪戝�のスクリーニング工��が��要となる。その�T果、MOS�c�Cの�L陥はそう�~単になくなりそうもない、と考え、JFETを推進した。
図3 MOSFETとJFETを比較検討 出�Z：Infineon Technologies
JFETのノーマリオン動作を解��するため、Infineonは入��ゲート�v路を工夫して、逆バイアスされるような構成のドライバICを開発した(図4)。このICとSiの低耐圧pMOSFETをJFETのソース�笋棒橙�する構成によって、実��的にJFETをノーマリオフ動作できる�v路を考案した。この�T果、耐圧1200VでTO-247モールドパッケージに入れたSiC JFET����をリリースした。さらに直接�~動できるICを内�鼎靴織蓮璽侫屮螢奪献皀献紂璽襪�2014�Q中にリリースする��画だ。
図4 ドライブ�v路を工夫、��実�屬離痢璽泪螢�フをJFETで実現 出�Z：Infineon Technologies
同社は、ソーラーシステムへの応��として、3相インバータ構成で使う場合を��来のSi IGBTシステムと比較した。その�T果、1200Vの高耐圧半導��を��要とする数は、��来システムでは12個のIGBTと12個のショットキダイオード、12個のドライバが��要で、SiCシステムではそれぞれ6個のJFETトランジスタと6個の低耐圧MOSFET、6個のドライバが��要であった。さらにスイッチング周�S数は��来が16kHzに�瓦靴董�SiCシステムでは32kHzに�屬欧襪海箸�できた。その分、コイルは小さくて済む。
