世界で初めてSiC-SBDとSiC-MOSFETを1パッケージ化し、量産開始
インバータにおける電力損失を大幅に低減し、部品点数削減にも大きく貢献

発表日:2012-06-14

TO-247

<要旨>
半導体メーカーのローム株式会社(本社:京都市)は、産業機器や太陽光発電のパワーコンディショナー等のインバータ、コンバータ向けに、耐圧1200Vの第2世代SiC(シリコンカーバイド:炭化ケイ素)MOSFET「SCH2080KE」を開発しました。低損失かつ高信頼性を実現したことにより、さまざまな応用で機器の低消費電力化・小型化に大きく貢献します。
同製品は、世界で初めてSiC-SBDとSiC-MOSFETの1パッケージ化に成功しました。内部ダイオードの順方向電圧(VF)を70%以上低減し、低損失化を実現するとともに部品点数削減も可能になります。
生産拠点は、ローム・アポロ株式会社(福岡県)で、6月からサンプル出荷を開始し、7月より順次量産を開始します。

※6月14日現在 ローム調べ

<背景>
現在、1200Vクラスのインバータやコンバータでは、Si-IGBTが一般的に使用されていますがテイル電流や外付けFRDのリカバリによる電力変換損失が大きいため、より低損失で高周波動作が可能なSiC-MOSFETの開発が期待されています。しかし、従来のSiC-MOSFETは、ボディダイオード通電による特性劣化(オン抵抗や順方向電圧の上昇/耐性劣化)やゲート酸化膜の故障など信頼性面での課題が多く、本格的な導入は進んでいませんでした。

損失比較

<新製品の詳細>
今回、ロームでは、結晶欠陥に関するプロセスとデバイス構造を改善することにより、ボディダイオードをはじめ信頼性面での課題をすべて克服することに成功しました。さらに従来品に比べ、単位面積あたりのオン抵抗を約30%削減し、チップサイズの小型化を実現しています。
また、独自の実装技術により、従来外付けする必要があったSiC-SBDの同梱にも成功し、SiC-MOSFETにおけるボディダイオードの課題であった順方向電圧を低減することが可能となりました。
これらにより、一般的なインバータで使用されているSi-IGBTに比べて、動作時の損失を70%以上削減。低損失化を実現するとともに50kHz以上に高周波化することで、周辺部品の小型化にも貢献します。

なお、今回はSiC-SBDを同梱しないタイプのSiC-MOSFET「SCT2080KE」も同時に開発しており、回路構成や顧客ニーズに合わせた製品提供を行ってまいります。両製品は、7月11日(水)~13日(金)に 東京ビッグサイトで開催される「TECHNO-FRONTIER 2012」のロームブースで展示する予定です。ぜひご来場ください。



<特長>

1. SiC-MOSFETとSiC-SBDを1パッケージ内に同梱
「SCH2080KE」は、従来外付けする必要があったSiC-SBDの同梱に成功し、順方向電圧を低減。部品点数削減が可能で、省スペース化にも貢献します。
従来構造の「SCT2080KE」もラインアップに取り揃え、ユーザーの様々なニーズに対応します。

SiC-MOSFETとSiC-SBDを1パッケージ内に同梱

2. 立ち上がり電圧がなく優れた電流・電圧特性
プロセスとデバイス構造の最適化により、第1世代品と比較して、面積当たり約30%低いオン抵抗を実現しました。
一般的に使用されるSi-IGBTで存在していた立ち上がり電圧が存在しないため、低負荷運転時においても低損失を実現します。

立ち上がり電圧がなく優れた電流・電圧特性
 

3. 順方向電圧を70%以上低減し、損失および部品点数を削減
SiC-MOSFETのボディダイオードは、SiCの物性上原理的に立ち上がり電圧が2.5V以上と大きく、インバータ動作時における損失となる場合がありました。
「SCH2080KE」は、SiC-SBDとSiC-MOSFETを同一パッケージ内に同梱することで、順方向電圧を大幅に削減。低損失はもちろんのこと、部品点数の削減も可能です。

順方向電圧を70%以上低減し、損失および部品点数を削減
 

4. テイル電流がなく低損失なスイッチングが可能
Si-IGBTで見られていたテイル電流が発生しないためターンオフ時のスイッチングロスを90%削減可能で、機器の省エネ化に貢献します。またSi-IGBTでは不可能であった50kHz以上のスイッチング周波数も可能となるため、周辺機器の小型・軽量化も実現できます。

テイル電流がなく低損失なスイッチングが可能


<用語説明>

  1. ボディダイオード(Body diode)
    MOSFETの構造上、内部に寄生して形成されるダイオードのこと。インバータ動作時にはこのダイオードに電流が流れるためVFが低いことや高速リカバリ特性が要求される。
  2. テイル電流(Tail current)
    IGBTにおいて見られるターンオフする際に流れる過渡電流のこと。 注入された正孔の蓄積時間のために発生する。この期間高いドレイン電圧がかかるため大きなスイッチング損失となる。
  3. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)
    電子だけでなく正孔によっても電流が流れることにより低オン抵抗を実現しているパワートランジスタのこと。注入された正孔の蓄積時間のために高速での動作が不可能で、スイッチング損失が大きいという問題がある。
  4. 順方向電圧(VF:Forward Voltage)
    IGBTにおいて見られるターンオフする際に流れる過渡電流のこと。 注入された正孔の蓄積時間のために発生する。この期間高いドレイン電圧がかかるため大きなスイッチング損失となる。
  5. オン抵抗
    パワー素子の動作時の抵抗値のこと。パワーMOSFETの性能を左右する最も重要なパラメータで、値が小さいほうが高性能である。


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