Si(シリコン)とSiC(炭化ケイ素)のパワー半導体の違い：物性・耐圧・損失・用途を比較

どんなときに使うか

Si(シリコン)

コストを優先したいとき。数百V以下の電源や、スイッチング周波数がそれほど高くない大電流のインバータなどに使います。実績と供給量の多さも強みです。

SiC(炭化ケイ素)

高い電圧で損失を減らしたいとき、装置を小さく軽くしたいとき。電気自動車では、インバータの効率が上がることで、同じ電池でも走れる距離を延ばせます。

使い分け

SiCの素子は高価なので、損失の低減や、冷却装置・受動部品の小型化によるシステム全体の利点が、素子のコストの増加を上回る用途から採用が広がっています。数百Vまでの電圧で特に速く動かしたい用途では、GaNも候補になります。

理解度チェック

1. SiCショットキーバリアダイオードが、インバータなどの還流ダイオードとして使われる主な利点はどれか。
2. SiC MOSFETの課題の一つとして知られているものはどれか。
3. SiC MOSFETのボディダイオードに電流を流し続けると、特性が劣化することがある原因として知られているものはどれか。

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関連する用語の解説

SiC(炭化ケイ素)

バンドギャップ約3.3 eVのワイドギャップ半導体。絶縁破壊電界が高く、高耐圧・低損失のパワーデバイスに使われる。

4H-SiC

SiCの結晶多形の一つで、パワーデバイスに主に使われるもの。バンドギャップが約3.3 eVと大きく、電子の移動度も比較的高い。

IGBT

絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。MOSゲートで駆動し、伝導度変調によって高耐圧でも低いオン電圧を得られる。

オン抵抗

パワー半導体がオンのときの、電流が流れる経路の抵抗。小さいほど導通時の損失が少ない。

テール電流

IGBTのターンオフ時に、蓄積された少数キャリアのために電流がすぐに0にならず、尾を引くように流れ続ける電流。ターンオフ損失の原因になる。

ワイドバンドギャップ半導体

シリコンよりバンドギャップが大きい半導体。SiCやGaNなど。絶縁破壊電界が高く、高電圧・高温での動作に強い。

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