新デバイス構造でSiC MOSFETの信頼性を向上：従来技術に比べ10倍以上に

東芝デバイス＆ストレージは、SiC MOSFETの内部にSBDを搭載する新たなデバイス構造を開発した。従来技術に比べて、オン抵抗の上昇を抑えつつSiC MOSFETの信頼性を10倍以上も高めることが可能だという。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

PNダイオードとSBDを並列に配置

　東芝デバイス＆ストレージは2020年7月、SiC（炭化ケイ素） MOSFETの内部にSBD（ショットキーバリアダイオード）を搭載する新たなデバイス構造を開発したと発表した。従来技術に比べて、オン抵抗の上昇を抑えつつSiC MOSFETの信頼性を10倍以上も高めることが可能だという。

　SiC MOSFETは、シリコンベースのパワーデバイスに比べ高耐圧で低損失といった特長を持ち、鉄道向けインバーターシステムなどで搭載が進む。太陽光発電や電源制御などの用途でも需要拡大が期待されている。ただ、SiC MOSFETのドレイン‐ソース間にあるPNダイオードに通電すると、SiC結晶中の欠陥が拡張してオン抵抗が変動する、という課題もあった。

　そこで同社は、PNダイオードに並列して、オン抵抗が小さいSBDを配置する新たな構造を開発した。これによって、PNダイオードへの通電を抑え、結晶欠陥の拡張を防ぐことができるという。新構造を採用した耐圧1200VのSiC MOSFETは、2020年8月下旬から量産を始める予定である。

SBDを搭載したMOSFETの断面構造イメージ 出典：東芝デバイス＆ストレージ

　SiC MOSFETにSBDを搭載したデバイス自体は既に実用化されている。ところが、オン抵抗が大きくなるため、実用レベルでは3.3kVなど高耐圧の製品に限られていたという。新たに開発したデバイス構造は、MOSFETとSBDの領域についてその比率を最適化することで、オン抵抗の上昇を抑えた。

　実験では、ソースからドレインへ電流密度250A/cm²で1000時間通電した。通電後にオン抵抗を測定したところ、従来構造のMOSFETではオン抵抗が最大42％も変動した。これに対し新構造のMOSFETは、最大3％の変動に抑えることができたという。

従来品と新開発のMOSFETにおけるオン抵抗の変動比較 出典：東芝デバイス＆ストレージ