いまさらなんですが、SiCって何がいいのでしょうか？

2018年11月30日

ohara.yuji

世の中ではSiCの採用が進んでいますが、結局、一言で言えば何がいいの？と思った電子回路・機器設計者の方はおられませんか。ネットで検索すると、バンドギャップが大きい、電子飽和速度が高い、熱抵抗が小さい、などのような、物性側面からの解説が多く、回路設計者の方は「もっと簡単に言ってよー」って思ってしまうこともあるかもしれません。そのような方向けに、ご用意しましたのがこの図。左がSi、右がSiCのMOSトランジスタです。

材料が異なることを除けば、構造上の大きな差はないのですが、耐圧をかせぐために必要なn-層の厚みにご注目です。 Siは耐圧が低いため、この層の厚みを厚くしておく必要があるのです。一方、SiCは耐圧が高いので、ここを薄くしても大丈夫。そして、薄くすると、とてもありがたいことが起こります。それは、抵抗が減ることなんです。パワーデバイスは効率の勝負。少しでもデバイスの中の抵抗で熱に変わって消費されてしまう電力を小さくしたいのです。そのためには、抵抗を減らすことが極めて重要です。でも、Siしかなかった時代は、薄くすれば耐圧が持たず、厚くすれば抵抗が大きくなるというトレードオフから逃れられなかったのですね。 SiCは、そのトレードオフからの脱却を可能としたのです。高い耐圧を持ちながら、抵抗も小さい。　つまり効率が高くなった訳です。しかもです、SiCは熱伝導率が高いため、デバイスの中で発生した熱をうまく逃がすことができるという大きなメリットもあります。ただし、SiCという材料が高価であることと、固いために加工が難しい、ウエハ工程中に高熱をかける必要がある、などの難点があり、実用化に向けて、様々な工夫が繰り返された結果、製品化に辿りついたのです。既に新幹線や地下鉄に採用されていて、みなさんの生活にも既に寄与しているんですよ。