SiCパワーデバイスがモビリティの電動化を加速：福田昭のデバイス通信（203） 2019年度版実装技術ロードマップ（14）（2/2 ページ）

Siパワーデバイスの限界を超えるSiCパワーデバイス

　パワーデバイスの半導体材料にはこれまで、主にシリコン（Si）が使われてきた。最近になってパワーデバイスの半導体材料として研究開発が活発になり、実用化されているのが、シリコンカーバイド（SiC）である。SiCは絶縁破壊に対する電界強度がSiよりも10倍と高い。またSiCのエネルギーバンドギャップはSiの3倍と広い。このため、SiCデバイスはSiデバイスに比べると、耐圧が高く、低い抵抗で高速動作し、さらには高温で動作するという特長を備える。

　SiCのパワーデバイスはすでに、家電用、産業用、自動車用、鉄道用、電力用で実用化が進んでいる。今後は、航空用にも適用が進むと期待される。

SiCパワーデバイスの応用分野。縦軸は電力容量、横軸は電圧。出典：JEITA

　例えば電動化した自動車向けでは、SiのパワーモジュールをSiCのパワーモジュールに置き換えることで、電力損失が3割と大幅に減少する。またハイブリッド自動車のパワーコントロールユニット（PCU）の体積を5分の1に小型化することや、燃料消費率（燃費）を10％高めることが期待されている。

　さらに、電車のVVVF（Variable Voltage Variable Frequency）インバーターでは、スイッチング素子をSiデバイス（SiのIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）とSiダイオード）からSiCデバイス（SiCのMOSトランジスタとSiCショットキーバリアダイオード）に変更することで、インバータにおける電力損失を45％に減らすとともに、インバーターの大きさと重量を35％に小型、軽量化できている。

電車のVVVFインバーターにおける損失の比較。左はSiのIGBTとダイオードをスイッチング素子としたもの。中央はダイオードをSiからSiCに変更したもの。右はIGBTをSiCのMOSトランジスタに変更するとともに、ダイオードをSiCに変更したもの。出典：JEITA

（次回に続く）

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