広いバンドギャップの魔法とは何でしょうか?シリコンカーバイド (SiC) が興味深いのはなぜでしょうか。また、この素材はどのような用途で活躍するのでしょうか。これらの質問に対する答えを得て、InfineonのCoolSiC MOSFETの機能を確認し、平面MOSFETと比較したトレンチの利点を検討します。 ™ この有益な記事では、SiC特有のテストとスクリーニング方法についても詳しく知ることができます。
シリコンカーバイドMOSFETは、いわゆるワイドバンドギャップ材料をベースとしており、既存のIGBTおよびMOSFETポートフォリオを補完し、通常1キロワットを超える電力範囲に対応し、数百キロヘルツのスイッチング周波数を可能にします。
しかし、広いバンドギャップの魔法とは何でしょうか?
バンドギャップが広いほど、破壊電界と直接相関します。より高い破壊電界により、シリコン（より薄い活性層）と比較して、所定の寸法でより高い電圧動作が可能になり、結果として電力密度が拡張され、スイッチング周波数が高くなります。さらに、優れた熱伝導性により、放熱性も向上します。
より薄いアクティブ層にはより多くの自由電子が含まれており、その結果シート抵抗RSが低くなるため、設計者は、通常IGBTが使用されるより高いブロッキング電圧にユニポーラ シリコン カーバイド デバイスを使用できるようになります。
さらに、IGBTと比較すると、シリコンカーバイドはスイッチング損失が低減され、オン状態でニー電圧がかからず、フリーホイールダイオードが統合されているため、部品点数の削減を実現できます。
シリコンカーバイドのターゲット分野は何ですか?
シリコンは今後10年間は主流の技術であり続けるでしょうが、SiCによって実現されるコスト パフォーマンス比を今日すでに評価することが理にかなっているアプリケーションもいくつかあります。シリコンカーバイドMOSFETのコストは高くなりますが、システムレベルでメリットを実現できます。その場合、いわゆる転換点に到達したことになります。
- 1. 太陽光発電
CoolSiC™ を使用すると、Si IGBTに比べて太陽光ストリングインバータの電力密度が2.5倍に増加します。さらに、スイッチの数を減らすことができ、5レベル ソリューションではなく3レベル ソリューションにすることで、障害のリスクが軽減されます。最後に、システム効率は98.9% から99.1% に向上しました。 - 2. 無停電電源装置（UPS）
CoolSiC™ のおかげで、電力損失が40% 以上削減されます。シリコンベースの2レベル ソリューションを革新的なSiC 2レベル ソリューションに交換すると、50% の負荷で5年間稼働する1 MW UPSシステムの運用コストをほぼ50% 削減できます。 - 3. サーボ ドライブ
CoolSiC™ MOSFETを使用してサーボ ドライブを構築すると、すべての動作モードで損失が削減され、システム損失が最大80% 削減されます。
ヒートシンクを最大60% 小型化したり、ファンレス ドライブを実現したりできるため、メンテナンスの負担が軽減されます。
さらに、コンパクトなインバータをモーターに直接組み込むことが可能になるため、配線を削減できます。
InfineonのSiCテクノロジーの何が特別なのでしょうか?
CoolSiC™ MOSFETを開発する際、Infineonは信頼性、システムの互換性、堅牢性、量、製造能力、コスト状況などの側面を相互に比較検討しました。
その後、シリコンカーバイドソリューションはトレンチコンセプトに基づくものと結論付けられました。競合他社の平面ソリューションと比較して、CoolSiC™ の特徴は次のとおりです。
- - 優れたゲート酸化膜信頼性
- - 閾値電圧Vth > 4 V
- - 2µsの短絡耐性
- - IGBT互換ゲート駆動+15（18V）でターンオン
- - 寄生ターンオンの抑制
- - 0Vで電源オン可能
CoolSiC™ はシリコンと同等の堅牢性と信頼性を備えながら、より高いパフォーマンスレベルを実現します。
インフィニオンが品質リーダーである理由は何でしょうか?
材料固有の故障モードがあるため、Infineonは標準認定プロセスを超えて、専用のテストと拡張スクリーニング手順を実施します。
たとえば、自動車用ストレス テストAEC-Q101や産業用JEDEc標準に加えて、Infineonは次のものを監視します。
- - 温度サイクルの増加
- - HTRBの営業時間の延長
- - 高電圧、過渡現象、オーバーシュート
- - 気候テストと動的テストパターンのための新しいシナリオ
その結果、信頼性テストの範囲は、アプリケーション要件と現場の状況を反映するように拡張されました。
主な特徴
- CoolSiC™ MOSFETと競合製品の比較
- • 優れたゲート酸化膜信頼性
- • 閾値電圧Vth > 4 V
- • 短絡耐性、2µs
- • IGBT互換ゲート駆動、ターンオン用+15（18V）
- • 寄生ターンオンの抑制
- • 0Vでターンオン可能
一般的なアプリケーション
- • 太陽光発電
- • UPS
- • サーボドライブ
- • EV充電
- • エネルギー貯蔵システム
- • サーバーと通信
- • e-モビリティメインインバータ
- • e-モビリティオンボード充電器
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