図1　 SiCバイポーラトランジスタ
出�Z：Fairchild Semiconductor

パワーデバイスにフォーカスしているフェアチャイルドは、2011�Q4月にスウェーデンにあったSiCトランジスタメーカーTranSic社を�A収した。今�vのSiCバイポーラトランジスタは、TranSic社の�\術をベースに����化へこぎつけようとしてきたもの。

SiCは、エネルギーバンドギャップがSiの1.1eVと比べ3.2eVと広いため、高�a(b┳)動作に向く。加えて、半導��材料としての絶縁耐圧が高いため、不純�馭仕戮魏爾欧覆�ても所望の耐圧を�uることができる。�X伝導度も4W/cm･K、とSiより3倍高く、放�Xしやすい、という��長もある。

これまで日本では、ロームや��菱電機、サンケン電気、デンソーなどがSiCのMOSFETを開発してきた。しかし、MOSFETは半導��-�┣祝貭c�Cを電流が流れるため表�C�L(f┘ng)陥の影�xを�pけやすい。このため�科�な電流を確保しにくいという�L(f┘ng)点がある。そこで、電圧を�屬嘉杜�を流すという�}法を採るため消�J電��が�\える��向がある。

インフィニオンが進めるJFETや、やはりワイドギャップ半導��であるGaNを使ったHEMTは、電流を�科�にとるためにはノーマリオン型になってしまう。ゲートにマイナスの電圧をかけなければ電流をオフできない。�kつのトランジスタに2電源も��要になる。このためインフィニオンは、入��のゲートをカスコード接��することで、ノーマリオフ��性を�eたせることに成功した。

バイポーラ型は、電流を運ぶキャリヤとして電子と��孔の二つを�W(w┌ng)��するため電流容量がとれオン�B�^を下げることができる。反�C、電流をオフする時にベース�覦茲忙弔辰討い訶纏�(少数キャリヤ)がなかなか消えないというストレージ時間が�擇犬討靴泙�。このため高�]スイッチングができないはずだった。Siではこの通りだった。この�T果、金や�_金�錣鬚錣兇肇鼻璽廚靴鴇�数キャリヤのライフタイムを�]縮することで高�]バイポーラトランジスタを設�����]してきた。ところが、SiCでは少数キャリヤの蓄積時間が�]いというのである。おそらく、SiCでは�T晶�L(f┘ng)陥がまだ�Hいため、�擇泙譴覆�らにライフタイムキラーとして働いているのであろう。フェアチャイルドは、少数キャリヤの�R入がSiと比べて本��的に少ないためだと答えている。

同社によると、SiCのバイポーラは単位�C積当たりのオン�B�^がJFETやMOSFETよりも低いため、同じ電流容量をとろうとすると、チップ�C積は少なくて済む。この�T果、寄�斃椴未�低いためスイッチングスピードは�]くなる。�k��(sh┫)で、ベース�B�^がSiよりも小さいため、充放電に要する時定数が�]くなり高�]スイッチングが可�Δ砲覆襦�

ただし、バイポーラトランジスタは、電圧�~動のJFETやMOSFETとは違い、電流�~動型であるため、電流を流すための入���v路が��要となる。ここで電��を消�Jする恐れがある。同社は入��ドライバ�v路を小さなボードで提供するが、来�Q下期にはドライバICを、その1�Q後には��2世代のドライバICを企画している。

図2　バイポーラ(左)、JFET(中)、MOSFET(��)の消�J電��比較
出�Z：Fairchild Semiconductor

同社が5kWの��圧�v路で、JFET、MOSFETと比較したところ(図2)、ターンオン、ターンオフ時間ともバイポーラが�~�W(w┌ng)だったが、入��の�~動電流?d─ng)v路の分が�\えている。しかし、その��度はわずかだ。総合的にはバイポーラが�~�W(w┌ng)だというデータである。

図3　予定しているSiC����　50A��のオン�B�^が17mΩと小さい
出�Z：Fairchild Semiconductor

同社は、SiCのチップを2�|類設��した。1200V/15Aでオン�B�^57mΩの����と、1200V/50Aでオン�B�^17mΩの����である。

SiCでバイポーラ動作が可�Δ箸覆�、しかもライフタイムキラーなしでも高�]スイッチングができることがわかった。となると、MOSFET�\術が確立する時代には、SiCのIGBTができるという可��性は高まってくる。SiCパワーデバイスはこれからが�C白くなりそうだ。