筑波大学まとめ

ドイツ、ニュルンベルクにて2020年5月5日から7日まで開催を予定されていた「PCIM Europe」が2020年7月7～8日オンライン開催された。パワーエレクトロニクスに関する国際的な展示会および国際会議であり、口頭講演・ポスター講演の約半数はSiCやGaNなどのワイドギャップ半導体であった。口頭講演・ポスター講演とも、あらかじめ録画された講演動画を指定された時間内にストリーミング形式で視聴し、Web会議機能およびチャット機能を用いて質疑応答を行うというスタイルであった。今回、参加者は無料で会議に登録することができた。

【主な発表】

ワイドバンドギャップデバイスに関係する主な発表

① Improved Reliability of 1.2kV SiC MOSFET by Preventing the Intrinsic Body Diode Operation

Furukawa et al., (Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation)
東芝デバイス＆ストレージ社が開発中のSBD内蔵SiC MOSFETについて紹介。詳細な構造などは明らかにされなかったが、MOSFET領域とSBD領域の比を変化させ、オン抵抗などを調査した。このようなSBD内蔵MOSFETはオン抵抗が大きくなる問題があったが、オン抵抗を大きく悪化させることなく、内蔵pnダイオードが動作しない最適設計を実現したとしている。

② Threshold Voltage Stability of 1200 V SiC MOSFETs

Oriol Lopez Sanchez et al. (ABB Switzerland Ltd.)
SiC MOSFETにおいては、負のしきい値電圧シフトが問題となっているが、ベンダーから市販されている最先端のTOパッケージ1.2 kV SiC MOSFETを比較して、ベンチマークを行った。評価にはId-Vg測定を用いて、負から正、正から負とスイープし、スイープ速度を変えてその影響を調査した。まず、測定開始電圧（負のゲート電圧の最大値）が大きくなると、Id-Vg曲線の負方向シフト(Vthヒステリシス)も大きくなることが確認された。ベンダー名は伏せられていたが、0.6 V程度のVthヒステリシスがある素子や、最大で0.2 V以内に抑えられている素子などがあった。最先端のMOSFETにおいても、メーカー間の実力差が大きいことが示された。また、チャネル長が短い素子ほど、Vthヒステリシスは大きい傾向があることが示された。

③ 750 V, 10.5 mOhm SiC Power MOSFET for Use in Electric Vehicles

Sey-Huang Ryu, Jeffrey Casady et al. (Wolfspeed, Danfoss Silicon Power)
Wolfspeedは650 VのSiC MOSFETを多く市販しているが、電気自動車向け定格750 V SiC MOSFETについて報告。平均の耐圧は960 Vを超えており、宇宙線FITレート要件に対して十分なマージンがある。Danfoss社のDCM 1000パッケージ技術を用いることで冷却性能を高め、損失を大幅に低減している。

④ 2.3 kV - A new voltage class for Si IGBT and Si FWD

F. Umbach et al. (Infineon Technologies)
インフィニオンが開発中の新しい耐圧クラスである2.3 kV Si IGBTとSi FWDについての紹介。メガワット級太陽光発電システムにおける1500 VのDCリンク電圧に対しては、1.7 kVクラスだと宇宙線に対する耐性が十分でなく、3.3 kVクラスだと損失が大きくなるため、2.3 kVクラスの要望が大きくなっている。IGBTはインフィニオン社の最新技術であるTRENCHSTOP IGBT7を基に作製。ダイオードは第７世代のエミッタ制御ダイオードとなっている。モジュールのパッケージにはPrimePACKを用い、高い信頼性、高い製品寿命などを実現している。

⑤その他のSiC関連講演

• Parasitic Turn-On of SiC MOSFETs - Turning a Bug into a Feature (University of Bayreuth)
• SiC Module Operational at 200 °C with High Power-Cycling Capability Using Fatigue-Free Chip Surface Packaging Technologies (AIST, Sumitomo Electric.)
• Investigation of the Threshold Voltage Shift of SiC MOSFETs During Power Cycling Tests (Otto-von-Guericke-University)
• 3.3kV All SiC Module with 1st Generation Trench Gate SiC MOSFETs for Traction Inverters (Fuji Electric.)
• Ultra-Fast Switching 3.3kV SiC High-Power Module (ABB)
• Threshold Voltage Stability Study on Power SiC MOSFETs Using High-k Dielectrics (ABB)
• Physics-Based Device Model for a Silicon Carbide Trench MOSFET (Mitsubishi Electric.)
• Fast and Reliable Switching of Parallel SiC MOSFET Chips in a Half-Bridge Module (ABB)
• An Economic Evaluation of SiC-MOSFET Modules in Wind Turbine Converters (University of Rostock)
• SiC MOSFET Body Diode Qualification Testing Platform with Repetitive Switching Current Stressing (Littelfuse)
• Comparative Study of Packaging Effects of SiC MOSFETs on their Performances in a 10kW Boost Converter (Wolfspeed)
• SiC MOSFETs Applications and Technology Robustness Evaluation Under Avalanche Conditions (STMicroelectronics)
• Comparative Study of Electrical Characteristics Between Conventional and SBD-Embedded MOSFETs for Next Generation 3.3kV SiC Modules (Mitsubishi Electric.)
• Experimental Investigation of SiC MOSFET Performance Using Different Gate Driving Strategies (STMicroelectronics)
• Parametric Optimisation of New SiC Power MOSFET Model Using Experimental Performance Data (VEDECOM Institute, ESIGELEC, France)
• Development of an Accurate SPICE Model for a New 1.2-kV SiC-MOSFET Device (Mitsubishi Electric.)

＊その他、多数のSiC関連報告あり。