JP2000224867A - インバータ - Google Patents
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- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 abstract description 2
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Abstract
(57)【要約】
【解決手段】ＦＥＴ構造の変換素子を採用するインバー
タにおいて、前記変換素子Ｓ1〜Ｓ6がＳｉＣ(Silicon C
arbide)ＪＦＥＴで形成されていることを特徴とする。 【効果】スイッチング周波数が高く、かつ低損失のイン
バータを実現することができる。
タにおいて、前記変換素子Ｓ1〜Ｓ6がＳｉＣ(Silicon C
arbide)ＪＦＥＴで形成されていることを特徴とする。 【効果】スイッチング周波数が高く、かつ低損失のイン
バータを実現することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＥＴ構造の変換
素子を採用するインバータ（直流−交流変換装置）に関
するものである。
素子を採用するインバータ（直流−交流変換装置）に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】低電圧（６００Ｖ以下）用インバータに
用いる半導体素子として、ＳｉのＭＯＳＦＥＴやＳｉの
ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)が採用
されている。
用いる半導体素子として、ＳｉのＭＯＳＦＥＴやＳｉの
ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)が採用
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＳｉのＭＯＳＦＥＴの
場合、損失の大きさはＳｉ半導体中のキャリア密度に反
比例する。損失を低減するためには、キャリア密度を大
きくすればよいが、キャリア密度が上がると破壊電圧が
低下する。Ｓｉの場合２００Ｖに耐えるキャリア密度は
１０15/cm3と、比較的低い値をとる。このため、キャリ
ア密度を大きくできないことが損失の原因となってい
た。
場合、損失の大きさはＳｉ半導体中のキャリア密度に反
比例する。損失を低減するためには、キャリア密度を大
きくすればよいが、キャリア密度が上がると破壊電圧が
低下する。Ｓｉの場合２００Ｖに耐えるキャリア密度は
１０15/cm3と、比較的低い値をとる。このため、キャリ
ア密度を大きくできないことが損失の原因となってい
た。
【０００４】また、ＭＯＳＦＥＴでは、電流がゲート絶
縁膜ＳｉＯ2とＳｉの界面を流れるため、欠陥の影響を
受けやすくキャリア移動度が低下する。このため、損失
が大きくなる。ＳｉのＩＧＢＴの場合、構造上ＰＮ接合
があり、オン電圧が高いためと、バイポーラデバイスで
ありスイッチング周波数を大きくできないため、損失が
大きい。
縁膜ＳｉＯ2とＳｉの界面を流れるため、欠陥の影響を
受けやすくキャリア移動度が低下する。このため、損失
が大きくなる。ＳｉのＩＧＢＴの場合、構造上ＰＮ接合
があり、オン電圧が高いためと、バイポーラデバイスで
ありスイッチング周波数を大きくできないため、損失が
大きい。
【０００５】そこで本発明は、スイッチング周波数が高
く、かつ低損失のインバータを実現することを目的とす
る。
く、かつ低損失のインバータを実現することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のインハ゛ータは、Ｆ
ＥＴ構造の変換素子を採用するインバータにおいて、変
換素子がＳｉＣ(Silicon Carbide)のＪＦＥＴ(Junction
FET)で形成されているものである。本発明でＳｉＣＪ
ＦＥＴ変換素子を採用したのは、次の理由による。
ＥＴ構造の変換素子を採用するインバータにおいて、変
換素子がＳｉＣ(Silicon Carbide)のＪＦＥＴ(Junction
FET)で形成されているものである。本発明でＳｉＣＪ
ＦＥＴ変換素子を採用したのは、次の理由による。
【０００７】(1)ＳｉのＪＦＥＴが作られていたが、キ
ャリア密度が小さく、損失が大きかった。このようなＳ
ｉＣＪＦＥＴを使えばキャリア密度を多くすることがで
き、損失が小さい。 (2)２００Ｖ程度の耐圧のＳｉのＪＦＥＴでは、電流を
多く流せないため、インバータには使用できなかった。
また、ＳｉＣでＪＦＥＴを作成した場合、キャリア密
度、キャリア移動度が高いので、スイッチング周波数
は、数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚまでとれることが計算に
より確認できた。ＪＦＥＴのスイッチング周波数ｆは、 ｆ＝ｑＮAμａ2/πＬ2εs ｑ：電荷、ＮA：キャリア密度、μ：キャリア移動度、
ａ：チャネル厚、Ｌ：チャネル長、εs：誘電率で表わ
されるが、ここで、典型的な値ＮA＝１×１０17/cm3，
μ＝３００cm2/V sec，ａ＝３００ｎｍ，Ｌ＝１０μ
ｍ，εs＝１０×ε0を（ε0は真空中の誘電率）代入し
て、 ｆ＝１．４ＧＨｚ を得る。したがって、インバータに好適である。
ャリア密度が小さく、損失が大きかった。このようなＳ
ｉＣＪＦＥＴを使えばキャリア密度を多くすることがで
き、損失が小さい。 (2)２００Ｖ程度の耐圧のＳｉのＪＦＥＴでは、電流を
多く流せないため、インバータには使用できなかった。
また、ＳｉＣでＪＦＥＴを作成した場合、キャリア密
度、キャリア移動度が高いので、スイッチング周波数
は、数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚまでとれることが計算に
より確認できた。ＪＦＥＴのスイッチング周波数ｆは、 ｆ＝ｑＮAμａ2/πＬ2εs ｑ：電荷、ＮA：キャリア密度、μ：キャリア移動度、
ａ：チャネル厚、Ｌ：チャネル長、εs：誘電率で表わ
されるが、ここで、典型的な値ＮA＝１×１０17/cm3，
μ＝３００cm2/V sec，ａ＝３００ｎｍ，Ｌ＝１０μ
ｍ，εs＝１０×ε0を（ε0は真空中の誘電率）代入し
て、 ｆ＝１．４ＧＨｚ を得る。したがって、インバータに好適である。
【０００８】図４は、チャネル厚０．３μｍ、チャネル
長１０μｍ、チャネル幅７００μｍ、キャリア密度1.56
×１０17／ｃｍ3のチャネル領域を有するＳｉＣ−ＪＦ
ＥＴを作ったときの、ドレイン電圧−電流特性の測定グ
ラフである。Ｖｇはゲート電圧である。 (3)ＪＦＥＴであるため、バルク中を電流が流れ、キャ
リア移動度の低下が起こらず、損失が小さい。またＳｉ
−ＭＯＳＦＥＴと比較してドレインオン電圧が５０分の
１程度と、小さい。よって、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴの効率
が８５％なのに対して、ＳｉＣのＪＦＥＴの効率は９５
％以上となる。
長１０μｍ、チャネル幅７００μｍ、キャリア密度1.56
×１０17／ｃｍ3のチャネル領域を有するＳｉＣ−ＪＦ
ＥＴを作ったときの、ドレイン電圧−電流特性の測定グ
ラフである。Ｖｇはゲート電圧である。 (3)ＪＦＥＴであるため、バルク中を電流が流れ、キャ
リア移動度の低下が起こらず、損失が小さい。またＳｉ
−ＭＯＳＦＥＴと比較してドレインオン電圧が５０分の
１程度と、小さい。よって、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴの効率
が８５％なのに対して、ＳｉＣのＪＦＥＴの効率は９５
％以上となる。
【０００９】詳説すると、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴの損失
は、定常損失（オン電圧×電流）が７．５％、スイッチ
ング損失が７．５％であり、合計すると１５％となり、
効率は８５％となる。一方、ＳｉＣ−ＪＦＥＴでは、Ｓ
ｉ−ＭＯＳＦＥＴと同じ大きさの電流を流したときのオ
ン電圧を１／５０に低減できるので、定常損失も１／５
０に低減でき、０．１５％となる。スイッチング時の損
失も低減できる。よって、効率は９５％以上となる。
は、定常損失（オン電圧×電流）が７．５％、スイッチ
ング損失が７．５％であり、合計すると１５％となり、
効率は８５％となる。一方、ＳｉＣ−ＪＦＥＴでは、Ｓ
ｉ−ＭＯＳＦＥＴと同じ大きさの電流を流したときのオ
ン電圧を１／５０に低減できるので、定常損失も１／５
０に低減でき、０．１５％となる。スイッチング時の損
失も低減できる。よって、効率は９５％以上となる。
【００１０】ＳｉＣでＪＦＥＴ素子を作るには、公知の
方法を用いることができる。１つの方法は、イオン注入
法であって、図１に示すように、ｐ＋ＳｉＣ基板の上に
ｎ−ＳｉＣ層をエピタキシャル法で堆積する。マスクを
して、イオン注入法で、ソース／ドレイン電極となる領
域ｎ＋を作り、ゲート電極となる領域ｐ＋を作る。領域
ｐ＋を作るとき、チャネル厚ａ＝０．５μｍ、チャネル
長Ｌ＝２０μｍの部分を残す。その後アニール処理をし
て、素子を活性化させる。
方法を用いることができる。１つの方法は、イオン注入
法であって、図１に示すように、ｐ＋ＳｉＣ基板の上に
ｎ−ＳｉＣ層をエピタキシャル法で堆積する。マスクを
して、イオン注入法で、ソース／ドレイン電極となる領
域ｎ＋を作り、ゲート電極となる領域ｐ＋を作る。領域
ｐ＋を作るとき、チャネル厚ａ＝０．５μｍ、チャネル
長Ｌ＝２０μｍの部分を残す。その後アニール処理をし
て、素子を活性化させる。
【００１１】ＳｉＣ ＪＦＥＴ素子を作る他の方法は、
チャネル溝をリアクティブイオンエッチング法（ＲＩ
Ｅ）により作成する方法である。図２に示すように、ｐ
＋ＳｉＣ基板の上にｎ−ＳｉＣ層をエピタキシャル法で
堆積させ、その上にｎ＋層を作る。そしてＲＩＥ法によ
り、マスクして一部のＳｉＣを削り取りチャネル領域
（チャネル厚ａ＝１μｍ、チャネル長Ｌ＝６μｍ）を形
成する。
チャネル溝をリアクティブイオンエッチング法（ＲＩ
Ｅ）により作成する方法である。図２に示すように、ｐ
＋ＳｉＣ基板の上にｎ−ＳｉＣ層をエピタキシャル法で
堆積させ、その上にｎ＋層を作る。そしてＲＩＥ法によ
り、マスクして一部のＳｉＣを削り取りチャネル領域
（チャネル厚ａ＝１μｍ、チャネル長Ｌ＝６μｍ）を形
成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。図３は、直流入
力Ｅを三相交流出力Ｕ，Ｖ，Ｗに変換する自励式のイン
バータの回路図である。６つのスイッチング素子Ｓ1〜
Ｓ6と、６つの帰還ダイオードＤ1〜Ｄ6を３相ブリッジ
接続したものである。
付図面を参照しながら詳細に説明する。図３は、直流入
力Ｅを三相交流出力Ｕ，Ｖ，Ｗに変換する自励式のイン
バータの回路図である。６つのスイッチング素子Ｓ1〜
Ｓ6と、６つの帰還ダイオードＤ1〜Ｄ6を３相ブリッジ
接続したものである。
【００１３】インバータの回路自体は周知であるが、本
発明では、６つのスイッチング素子Ｓ1〜Ｓ6をＳｉＣＪ
ＦＥＴ変換素子で構成している。また、帰還ダイオード
Ｄ1〜Ｄ6もＳｉＣショットキーダイオードで構成され
る。このため、スイッチング周波数が高く、低損失で優
れたインバータを実現することができる。
発明では、６つのスイッチング素子Ｓ1〜Ｓ6をＳｉＣＪ
ＦＥＴ変換素子で構成している。また、帰還ダイオード
Ｄ1〜Ｄ6もＳｉＣショットキーダイオードで構成され
る。このため、スイッチング周波数が高く、低損失で優
れたインバータを実現することができる。
【００１４】なお、本発明は、図１のような電圧形自励
式インバータに限らず、電流形自励式インバータ、他励
式インバータなどにも適用が可能である。
式インバータに限らず、電流形自励式インバータ、他励
式インバータなどにも適用が可能である。
【００１５】
【発明の効果】以上のように本発明のインバータによれ
ば、変換素子としてＳｉＣＪＦＥＴを採用したので、ス
イッチング周波数が高く、かつ低損失のインバータを実
現することができる。
ば、変換素子としてＳｉＣＪＦＥＴを採用したので、ス
イッチング周波数が高く、かつ低損失のインバータを実
現することができる。
【図１】イオン注入法で製造されたＳｉＣＪＦＥＴの構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
【図２】ＲＩＥ法で製造されたＳｉＣＪＦＥＴの構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図３】本発明が適用されるインバータの回路図であ
る。
る。
【図４】製造したＳｉＣ−ＪＦＥＴのドレイン電圧−電
流特性の測定グラフである。
流特性の測定グラフである。
Ｓ1〜Ｓ6 変換素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 真 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 弘津 研一 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 松波 弘之 京都府八幡市西山足立１−９ (72)発明者 木本 恒暢 京都府京都市伏見区桃山町松平筑前１−39 −605 Ｆターム(参考） 5F102 GA14 GB01 GC01 GC02 GD04 GJ02 5H007 AA03 CA02 CB05
Claims (2)
- 【請求項１】ＦＥＴ構造の変換素子を採用するインバー
タにおいて、 前記変換素子がＳｉＣ(Silicon Carbide)ＪＦＥＴで形
成されていることを特徴とするインバータ。 - 【請求項２】前記変換素子がＳｉＣショットキダイオー
ドをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のインバ
ータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11020215A JP2000224867A (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | インバータ |
| PCT/JP2000/005091 WO2002011210A1 (fr) | 1999-01-28 | 2000-07-28 | Inverseur |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11020215A JP2000224867A (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | インバータ |
| PCT/JP2000/005091 WO2002011210A1 (fr) | 1999-01-28 | 2000-07-28 | Inverseur |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000224867A true JP2000224867A (ja) | 2000-08-11 |
Family
ID=26344918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11020215A Pending JP2000224867A (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | インバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000224867A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002050897A2 (de) * | 2000-12-18 | 2002-06-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Leistungselektronische schaltung |
| JP2002246399A (ja) * | 2001-02-16 | 2002-08-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 横型接合型電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
| JP2005310902A (ja) * | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置と半導体装置の製造方法 |
| KR100611175B1 (ko) * | 2002-02-02 | 2006-08-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 인버터의 에프이티 보호 회로 |
| WO2009113298A1 (ja) | 2008-03-11 | 2009-09-17 | ダイキン工業株式会社 | 電力変換装置 |
| US9281776B2 (en) | 2011-01-31 | 2016-03-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion apparatus including different voltage-type bridge circuits |
| JPWO2015001603A1 (ja) * | 2013-07-01 | 2017-02-23 | 株式会社日立製作所 | 半導体スイッチング素子の駆動回路およびそれを用いた電力変換装置 |
| JP2018107895A (ja) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置 |
-
1999
- 1999-01-28 JP JP11020215A patent/JP2000224867A/ja active Pending
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