SiC-MOSFETの超高速駆動時の接触抵抗の影響評価と高効率電力変換効率の実証

同一構造でコンタクト抵抗のみ異なる二種類のMOSFETを試作しスイッチング時のドレイン電圧波形及び損失を測定した。二種類のMOSFETのコンタクト抵抗は、約1mΩcm2（以下サンプルA）と100mΩcm2（以下サンプルB）である。測定結果をもとにサンプルAとサンプルBのスイッチング損失比をもとめ、コンタクト抵抗とスイッチング損失の関係を評価し、以下の結論を得た。１）サンプルBはサンプルAに対してスイッチング速度が遅くなりスイッチング損失が増加した。この時のミラー電圧を比較するとサンプルBを用いた場合のミラー電圧がサンプルAより高くいことが判明し、しきい値電圧に差が発生していることが分かった。静特性測定時のしきい値電圧はサンプル間に差がないため、コンタクト抵抗がスイッチング時のような過渡時のMOSFETのしきい値電圧に影響していることを示している。２）スイッチング速度（dV/dt）とコンタクト抵抗の影響による損失の増大を評価した結果、損失の増大はスイッチング速度（dV/dt）に伴い増加し40V/nsで最大値をとった。dV/dt値が増加することで変位電流が増加しp-body電位が上昇しbody効果によるしきい値電圧が上昇したと考えられる。また、dV/dtが40V/nsを超えるとコンタクト抵抗の影響が低下した。これは、コンタクト抵抗が影響するチャネル部のスイッチング時間が出力容量の充電時間に対して相対的に小さくなり、コンタクト抵抗の影響が小さくなるためと考えられる。回路モデルの構築に関してはp-bodyを直列のシート抵抗とし、コンタクト抵抗によりソース電極に繋がっているとして回路モデル化した。また、p-bodyのbody効果によりしきい値電圧が比例して変動するとした。このモデルを用いることで、コンタクト抵抗がスイッチング損失に与える影響及びそのdV/dt依存性を再現できた。

同一構造でコンタクト抵抗のみ異なる二種類のMOSFETを試作しスイッチング時のドレイン電圧波形及び損失を測定した。二種類のMOSFETのコンタクト抵抗は、約1mΩcm2（以下サンプルA）と100mΩcm2（以下サンプルB）である。測定結果をもとにサンプルAとサンプルBのスイッチング損失比をもとめ、コンタクト抵抗とスイッチング損失の関係を評価し、以下の結論を得た。１）サンプルBはサンプルAに対してスイッチング速度が遅くなりスイッチング損失が増加した。この時のミラー電圧を比較するとサンプルBを用いた場合のミラー電圧がサンプルAより高くいことが判明し、しきい値電圧に差が発生していることが分かった。静特性測定時のしきい値電圧はサンプル間に差がないため、コンタクト抵抗がスイッチング時のような過渡時のMOSFETのしきい値電圧に影響していることを示している。２）スイッチング速度（dV/dt）とコンタクト抵抗の影響による損失の増大を評価した結果、損失の増大はスイッチング速度（dV/dt）に伴い増加し40V/nsで最大値をとった。dV/dt値が増加することで変位電流が増加しp-body電位が上昇しbody効果によるしきい値電圧が上昇したと考えられる。また、dV/dtが40V/nsを超えるとコンタクト抵抗の影響が低下した。これは、コンタクト抵抗が影響するチャネル部のスイッチング時間が出力容量の充電時間に対して相対的に小さくなり、コンタクト抵抗の影響が小さくなるためと考えられる。回路モデルの構築に関してはp-bodyを直列のシート抵抗とし、コンタクト抵抗によりソース電極に繋がっているとして回路モデル化した。また、p-bodyのbody効果によりしきい値電圧が比例して変動するとした。このモデルを用いることで、コンタクト抵抗がスイッチング損失に与える影響及びそのdV/dt依存性を再現できた。