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MPSダイオードによるSiCデバイスの効率向上 (DigiKey社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)
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MAIL MAGAGINE No. 2034 2025. 7. 15 |
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MPSダイオードによるSiCデバイスの効率向上 (DigiKey社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介) |
| 「アプリケーションラボ」は、DigiKey社のご協力をいただいて、DigiKey社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。 今回は、ショットキーダイオードとpn接合ダイオードを合わせた特長を持つSiCによるMPSダイオードについて解説した記事をご紹介します。 ■MPSダイオードによるSiCデバイスの効率向上 ダイオードは片方向にのみ電流を流し、反対方向には流さないという特性を持つ半導体で、交流を直流に変換する電源回路などに使用されます。一般的なダイオードの構造はp型とn型の半導体を接合したpn接合ですが、金属と半導体を接合した場合も同様の効果が得られ、これを利用したダイオードをショットキーダイオードまたはショットキーバリアダイオードといいます。 Siダイオードの順方向に電圧をかけて導通が始まる電圧がpn接合ダイオードの場合は0.6V～0.7Vですが、Siショットキーダイオードの場合は0.2V～0.4Vと低く、導通開始は数百mV程度から緩やかに始まります。この特性は、バッテリ駆動機器などの低電力アプリケーションに有利です。 また、pn接合ダイオードは電流を流すために多数キャリアだけでなく少数キャリアも使用するのに対し、ショットキーダイオードは多数キャリアだけになるので接合部の空乏層に蓄積される電荷が少なくなります。そのため、スイッチングにより順方向バイアスから逆方向バイアスに切り替わる際の損失は、pn接合ダイオードよりもショットキーダイオードの方が少なく、高周波数になるほどこの差が大きくなります。 SiCはSiに比べてバンドギャップが広く、より高電圧/高温で動作し高速なスイッチングが可能という特長を持ちますが、導通に必要な電圧は定格電流時に1.5～1.8V程度とSiよりも高くなります。また、SiCショットキーダイオードは空乏領域が狭いため、高い逆電圧に耐えることができません。さらに、ショットキーダイオードの場合は接合部の金属にある欠陥のため、逆バイアス時のリーク電流が大きくなるという問題もあります。 そこで、ショットキーダイオードとpn接合ダイオードを並列に配置することで、上記の問題を解決することができます。これをMPS(Merged PiN Schottky)ダイオードといいます。  MPSダイオードの構造 SiCによるMPSダイオードは、SiCのメリットに加えてショットキーダイオードとpn接合ダイオードの特長を合わせ持ったダイオードで、通常動作時はショットキーダイオードとして動作します。 上図に示すように、ショットキーダイオードのドリフト層にpドープウェルを埋め込むと、軽度にドープされたSiCドリフト層またはエピ層とのpn接合が形成されます。過渡過電流が発生した際にはpnダイオードが導通するため、サージ電流耐性が増加します。 MPSダイオードは、逆バイアス時にpドープウェルにより欠陥のほとんどないドリフト層の下まで電界領域を押し下げて欠陥のある金属バリアから遠ざけるため、全体的なリーク電流を減少させることができます。また、逆回復時間が0nsで高速スイッチングが可能になり、損失が大幅に低減します。 【アプリケーションラボ】では、SiCショットキーダイオードがSiダイオードに比べて優れている点とSiCショットキーダイオードの欠点を改善したMPSダイオードの構造などについて解説した後、Nexperia社が開発した電力アプリケーション向けに設計されたPSCシリーズのMPSダイオードを紹介しています。 ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。
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