富士電機、トレンチゲート構造のSiC-MOSFET：電気抵抗は半分以下に

富士電機は、トレンチゲート構造の「SiC-MOSFET」を開発した。プレーナーゲート構造を用いた素子に比べて、電気抵抗は5割以上も小さくなる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

オールSiCモジュールも2017年度中に製品化へ

　富士電機は2017年7月、トレンチゲート構造の「SiC-MOSFET」を開発したと発表した。プレーナーゲート構造を用いた素子に比べて、電気抵抗は5割以上も小さくなる。

　SiC（炭化ケイ素）パワー半導体は、現在主流となっているSi（シリコン）パワー半導体に比べて、電力損失が小さい。このため、搭載機器の省エネにつながると期待されている。同社は2013年10月より、松本工場（長野県松本市）内にSiCパワー半導体の生産ラインを立ち上げるなど、デバイスの開発、量産と応用機器への搭載にいち早く取り組んできた。

トレンチゲート構造を用いたSiC-MOSFET素子の外観

　同社は今回、産業技術総合研究所との共同研究による成果を活用し、トレンチゲート構造を用いたSiC-MOSFETを開発した。この方式はウエハーに溝を掘り、垂直方向に電流経路を作る構造である。電流経路を水平方向に作るプレーナーゲート構造に比べて、セルの幅を短くすることができる。このため、同一の素子サイズで、多くのセルを搭載することができ、より多くの電流を流すことが可能となる。

プレーナーゲート構造（左）とトレンチゲート構造（右）のセル断面イメージ図 出典：富士電機

　トレンチゲート構造のトランジスタでは、電流をオン、オフするゲートの結晶面における電気抵抗をいかに下げるかが重要となる。今回は、独自技術を用いて信頼性を維持しつつ、しきい値電圧が5Vで3.5mΩcm²という電気抵抗を達成した。この数値は、プレーナーゲート構造の素子に比べて半分以下だという。

製品化を目指すオールSiCモジュールの外観

　同社は、開発したトレンチゲート構造のSiC-MOSFET素子とSiC-SBD（ショットキーバリアダイオード）で構成するオールSiCモジュールについて、2017年度中をめどに製品化する予定である。このオールSiCモジュールを出力7.5kW、周波数20kHzのインバーターに搭載すると、SiベースのIGBTモジュールを用いた場合に比べて、電力損失を78％も削減することが可能になるという。