SiCの耐圧はSiの100倍，放熱効率は3倍

SiC GaN FETの高速ドライブ回路設計


図　SiCはSiに比べて耐圧が100倍，放熱効率が3倍である．これにより高耐圧かつ低抵抗のスイッチが実現可能である　〈著：住谷善隆〉

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SiCの耐圧特性とその優位性

シリコン・カーバイド（SiC）MOSFETは，従来のシリコン（Si）MOSFETに比べて耐圧性能が非常に高い特性をもっています．具体的には，同じドリフト層の厚みで比較すると，SiCはSiの約30倍から40倍の耐圧を実現します．例えば，40V耐圧のSi MOSFETと同じ厚みのドリフト層を用いた場合，SiCでは1200V耐圧のMOSFETを製造可能です．この高耐圧化は，ドリフト層に生じる抵抗成分を低減しつつ，低抵抗かつ高耐圧のスイッチング素子を作れる点にあります．

耐圧が高いことは，高電圧用途での信頼性向上や設計の自由度拡大に直結します．SiC MOSFETは電力変換回路やインバータなど，高電圧・高効率が求められる分野での活用が期待されている理由の1つです．

SiCの放熱効率とその影響

SiC MOSFETは放熱効率にも優れており，シリコン製品と比べて約3倍の熱伝導率をもっています．これにより，同じチップ面積でも発熱した熱を効率よく外部へ逃がすことが可能です．放熱パッドを介して熱を効果的に放散できるため，高い電流を流した場合でも過熱を抑制しやすくなります．

放熱効率の向上は，デバイスの信頼性と寿命を延ばすだけでなく，回路設計における熱管理の負担軽減にもつながります．結果として，よりコンパクトな設計や高出力化を実現しやすくなります．

SiCとSi MOSFETの構造上の違いと回路設計への影響

高耐圧化を図るためにシリコンMOSFETではスーパージャンクション構造が採用されることがあります．この構造では，P型の柱がボディ・ダイオードとして機能し，オフ状態時に損失が発生しやすくなります．スーパージャンクションMOSFETは使用方法を誤ると発熱が増加するリスクがあるため，回路設計において注意が必要です．

一方で，SiC MOSFETはボディ・ダイオードの面積が比較的小さく，スイッチング時の損失が抑えられます．これにより，スイッチング損失の低減や高耐圧性能を両立しやすく，効率のよい高速ドライブ回路設計が可能になります．SiC MOSFETの構造的な優位性は，より高性能な電力変換システムの実現に寄与します．

〈著：ZEPマガジン〉

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参考文献

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