SiCを用いたパワーデバイス用トランジスタを作製―電気自動車向けの小型・高効率電力システム開発へ：産業技術総合研究所
(2018年12月4日発表)
（国）産業技術総合研究所は12月4日、電力の変換や制御を担うパワーデバイス用の次世代トランジスタとして、シリコンの代わりにシリコンカーバイド（SiC）を用いた新構造の素子を開発したと発表した。通電時の抵抗が小さく、実用上重要な特性である高温特性や動特性も優れていることから、電気自動車向け小型、高効率デバイスの開発が期待されるという。
地球温暖化対策を推進するためにパワーエレクトロニクス機器の高効率化や小型・高機能化が求められているが、既存のシリコン製パワー半導体は性能向上に理論的な限界が見え始めてきたため、近年、物性的に有利なSiC製のデバイスの研究開発が推進されている。
産総研は今回、富士電機（株）、住友電気工業（株）、トヨタ自動車（株）、（株）東芝、三菱電機（株）の５社と共同で、電気自動車やハイブリッド車の電力変換システムでの使用が期待される1.2kV（キロボルト）耐電圧クラスのパワーデバイス用高性能トランジスタの開発に取り組んだ。
主要な開発目標は通電状態での抵抗（オン抵抗）を極めて低く抑えることで、その実現を目指し、「トレンチゲート型SJ-MOSFET」というトランジスタ構造を作製した。
MOSFETは、金属・酸化膜・半導体（MOS）製の電界効果トランジスタ（FET）の略。SJはスーパージャンクションの略で、オン抵抗の低減が期待できるものの、これまでSiCトランジスタへのSJ構造の適用は困難とされていた。
トレンチゲート型は縦型MOSFETのチャネルをトレンチ溝の側壁に形成した構造を指し、これもオン抵抗の低減が図れる。
研究グループは今回、産総研独自のSiCトランジスタ作製技術を応用してSJ構造の形成を実現、これにより「トレンチゲート型SJ-MOSFET」の開発に成功した。
作製した素子の性能を評価したところ、SiC-MOSFETでは世界最小のオン抵抗だった。また、実使用上重要なスイッチング時のターンオン・オフ時間、立ち上がり時間などのいわゆる動特性や、高温特性などについても、優れた性能が認められたという。
今後企業との技術連携を強化し、SJ構造の設計と製造プロセスの高度化やデバイス特性の一層の向上を図りたいとしている。
