SiC 超低VF 低Rds(on) | T&Mコーポレーション株式会社

SiC（炭化ケイ素）が持つ超低 $V_{\text{F}}$ （順方向電圧）と低 $R_{\text{DS(on)}}$ （オン抵抗）は、シリコン（Si）半導体に対する最大の優位性であり、電力損失を劇的に削減する鍵となります。

これは、SiCが**ワイドバンドギャップ（WBG）**半導体という特殊な性質を持っていることに由来します。

⚡ 1. 超低 $V_{\text{F}}$ (順方向電圧) の意味

$V_{\text{F}}$ とは？

$V_{\text{F}}$ (Forward Voltage：順方向電圧) とは、ダイオードやトランジスタのボディダイオード（内蔵ダイオード）が電流を流し始めるために必要な最低限の電圧降下のことです。

低い $V_{\text{F}}$ の意味: $V_{\text{F}}$ が低いほど、導通状態にあるときにそのデバイスで消費される電力（損失）が少なくなります（ $P_{\text{loss}} = I_{\text{F}} \times V_{\text{F}}$ ）。

SiC ダイオードの場合

SiCダイオード（特にショットキーバリアダイオード：SBD）は、従来のSi PN接合ダイオードと比較してはるかに低い $P_{\text{loss}} = I_{\text{F}} \times V_{\text{F}}$ を実現します。

メリット:
- 低導通損失: 特に低電流時や低負荷時における電力損失が大幅に削減されます。
- デッドタイム損失の低減: インバーターなどの回路で、主スイッチがオフになっている期間（デッドタイム）に電流がボディダイオードを流れる際の損失が小さくなります。

📉 2. 低 $R_{\text{DS(on)}}$ (オン抵抗) の意味

$R_{\text{DS(on)}}$ とは？

$R_{\text{DS(on)}}$ (Drain-Source On-Resistance：ドレイン-ソース間オン抵抗) とは、MOSFETが完全にオン状態にあるとき、ドレイン端子とソース端子の間に存在する電気抵抗のことです。

低い $R_{\text{DS(on)}}$ の意味: $R_{\text{DS(on)}}$ が低いほど、MOSFETがオン状態にあるときの電力損失（導通損失）が少なくなります（ $P_{\text{loss}} = I_{\text{F}} \times V_{\text{F}}$ ）。

SiC MOSFETの場合

SiC MOSFETは、特に高耐圧（1200V以上）の領域で、従来のSi MOSFETやIGBTと比較して非常に低いオン抵抗を実現します。

ワイドバンドギャップ材料の恩恵:

SiCはSiの約10倍の高い絶縁破壊電界強度を持ちます。これにより、高耐圧デバイスに必要なドリフト層（電流をブロックする層）を、Siデバイスよりも薄く、かつ低抵抗に設計することが可能になります。
- 高耐圧MOSFETのオン抵抗の大部分はドリフト層の抵抗が占めるため、この構造的な優位性が低 $R_{\text{DS(on)}}$ の最大の理由です。

📈 総合的なメリット

超低 $P_{\text{loss}} = I_{\text{F}} \times V_{\text{F}}$ $と低$ という特性は、電力変換の効率に直接貢献します。

高効率化: 導通損失が少ないため、インバーター、電源、充電器などの機器で変換効率が向上します（発熱が減る）。
小型化・軽量化: 損失が少ないということは、必要な放熱部品（ヒートシンク）を小さくできるため、機器全体の小型化・軽量化（高電力密度化）が可能になります。
高温動作: SiCは耐熱性が高いため、低損失と相まって、より高い温度（例： $175^\circ\text{C}$ ）で安定して動作できます。

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