トレンチ型SiC-MOSFET、プレーナ型が抱えていた物理的な限界打破

トレンチ型SiC-MOSFETは、従来のプレーナ型が抱えていた物理的な限界（JFET抵抗やセル密度の制約）を打破するために開発されました。

両者の性能の違いをまとめると、以下のようになります。

プレーナ型 vs トレンチ型の性能比較表

比較項目	プレーナ型 (Planar)	トレンチ型 (Trench)	トレンチ型の優位性
オン抵抗 ( $R_{onA}$ )	高い（JFET抵抗がある）	極めて低い	約30%〜50%低減
チップサイズ	大きい	小さい（高集積化）	同じ電流なら小型化可能
スイッチング損失	普通	低い	容量が小さく高速動作
ゲート信頼性	高い	対策が必要（電界集中）	構造の工夫で克服中
短絡耐量 (SCWT)	比較的強い	弱い傾向	設計による調整が必要
製造コスト	安い	高い（工程が複雑）	量産効果で低下中

具体的な3つの性能差

1. オン抵抗の劇的な低減

プレーナ型では、電流が横方向に流れてから縦に抜ける構造上、JFET抵抗という「電気の通り道の狭まり」が発生していました。トレンチ型はゲートを垂直に埋め込むことでこの狭い通り道をなくし、SiCのポテンシャルを最大限に引き出した超低抵抗を実現しています。

2. スイッチングスピードと損失

トレンチ型はセルを微細化できるため、デバイス全体の寄生容量（ムダな電気を溜める部分）を小さく抑えることが可能です。これにより、ON/OFFの切り替えがより高速になり、切り替え時に発生するスイッチング損失を大幅にカットできます。

3. チャネル移動度の向上

SiC結晶には「電気が流れやすい方向」があります。トレンチ型は溝の側面（垂直面）を利用することで、プレーナ型の表面よりも電子がスムーズに動ける結晶面を使用できるため、効率がさらに高まります。

トレンチ型の「課題」と克服技術

トレンチ型は高性能な一方で、溝の角（コーナー部）に電気的なストレス（電界）が集中しやすく、ゲート絶縁膜が壊れやすいという弱点がありました。

これに対し、現在の主要メーカーは以下のような高度な構造を採用しています。

ダブルトレンチ構造: ソース側にも溝を掘り、電界を分散させる（ロームなど）。
保護用P層の配置: トレンチ底部の下に特殊な層を設け、電界が直接ゲートに当たらないようにガードする。

出典：Google Gemini

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