問 題
パワー半導体スイッチングデバイスとしては近年、主にIGBTとパワーMOSFETが用いられている。通常動作における両者の特性を比較した記述として、誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
- IGBTは、オンのゲート電圧が与えられなくても逆電圧が印加されれば逆方向の電流が流れる。
- パワーMOSFETは電圧駆動形であり、ゲート・ソース間に正の電圧をかけることによりターンオンする。
- パワーMOSFETはユニポーラデバイスであり、一般的にバイポーラ形のIGBTと比べてターンオン時間が短い一方、流せる電流は小さい。
- IGBTはキャリアの蓄積作用のためターンオフ時にテイル電流が流れ、パワーMOSFETと比べてオフ時間が長くなる。
- パワーMOSFETではシリコンのかわりにSiCを用いることで、高耐圧化と高耐熱化が可能になる。
解 説
MOSFETとIGBTの基本的なことは「MOSFETとIGBT」のページにまとめてあるので、これらに馴染みのない方は以下の解説を読む前に参照しておくことをお勧めします。
ただし、本問では基本事項以上に深い知識がないと正誤を正確に判断できない選択肢も多く、やや難易度の高い設問だといえます。
(1)が誤りの記述です。
パワーMOSFETの場合は、内蔵された寄生ダイオードによって、オンのゲート電圧が与えられなくても逆電圧が印加されれば逆方向の電流が流れます。しかし、IGBTは寄生ダイオードを持たないので、このようなの特性はありません。
そのため、電圧型インバータなどにIGBTを用いる際には、逆電流が流れたときの逃がし道を確保するため、還流ダイオードを並列に接続するのが一般的です。
(2)は正しいです。
パワーMOSFETは電圧駆動形であり、その構成要素は、D(ドレーン)、S(ソース)、G(ゲート)の3つです。下図中央の回路記号からもわかるように、G-S間の電圧によってオン・オフを制御することができます。
ちなみに、IGBTは電圧駆動形であり、その構成要素は、C(コレクタ)、E(エミッタ)、G(ゲート)の3つです。下図右側の回路記号からもわかるように、G-E間の電圧によってオン・オフを制御することができます。
(3)も正しいです。
パワーMOSFETはユニポーラ(単一方向にのみ電流が流れる)デバイスであり、IGBTのようなバイポーラ形(双方向に電流が流れる)デバイスと比べるとスイッチング(ターンオン時間・ターンオフ時間)は短くなりますが、オン抵抗が高いので流せる電流は小さくなります。
(4)も正しいです。
(3)の解説の通り、パワーMOSFETには、スイッチング(ターンオン時間・ターンオフ時間)が短いという長所があります。一方のIGBTは、キャリアの蓄積作用のためターンオフ時にテイル電流が流れ、オフ時間が少し長くなってしまいます。
(5)も正しいです。
Si(シリコン)にC(炭素)を加えたSiC(シリコンカーバイド)は、比較的新しく登場した半導体材料です。
従来のSiと比べ、高耐圧化と高耐熱化を実現することでオン状態の抵抗を低減できることなどから、機器の小型化や高効率化、高速スイッチングの実現など、多くの優れた点が挙げられます。そのため、近年はSiC(シリコンカーバイド)を使ったパワーMOSFETが増えてきています。
以上から、正解は(1)となります。
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