ダイオードの仕組みと用途を解説！どんな場面で使われる？

SiC-SBDとは、Silicon Carbide Schottky Barrier Diodeの略で、炭化ケイ素（SiC）を材料としたショットキーバリアダイオードです。従来のSiベースのショットキーバリアダイオードよりも、順方向電圧降下（Vf）低く、電力損失が少なくなります。また、リカバリー時間がほぼゼロで、高速スイッチングなど高周波動作に適しています。SiCは、バンドギャップが広いため、耐電圧が高く、高温環境でも安定動作します。これらの特徴から、SiC-SBDは、スイッチング電源やインバータなど高効率・高耐圧が求められる電力変換システムで活用されています。

FRDは、順方向電圧が低いため低損失な一方で、逆回復時間が長く、スイッチング時の損失が大きくなりがちです。そのため、高周波スイッチングを伴う回路ではSiC-SBDの方が有利になります。

SiC-SBDは、高耐圧・低損失・高速スイッチングを実現するデバイスとして、電源の高効率化や高周波駆動、部品の小型化に貢献し、エアコン、電源、太陽光発電パワーコンディショナー、EV急速充電器などの応用分野でのPFC回路やインバータで採用が増えています。

更なる進化：SiCスーパージャンクションSBD

SiC-SBDの技術はさらに進化を遂げており、その一つの方向性として「SiCスーパージャンクションショットキーバリアダイオード（SiC-SJ-SBD）」が研究・開発されています。

スーパージャンクション構造は、もともと高耐圧のパワーMOSFETで採用されてきた技術で、オン抵抗と耐圧というトレードオフの関係にある性能を両立させる画期的な構造です。この先進技術をSBDに応用したSiC-SJ-SBDは、従来のプレーナ構造を持つSiC-SBDと比較して、単位面積当たりのオン抵抗（R_onA）を約35～40%低減することが報告されています。

例えば、650V耐圧クラスのデバイスにおいて、この技術は順方向電圧（V_F）を同電流密度で約0.1V～0.15V低減させ、導通損失を大幅に削減します。また、オン抵抗と静電容量の積で表される性能指数（Figure of Merit、FOM）も大幅に改善されるため、スイッチング損失の低減にも大きく貢献します。特に1.2kV以上の高耐圧領域では、その効果がより顕著になると期待されています。

これにより、特に数十～数百kHzで動作するスイッチング電源において、電力変換効率の顕著な向上（ケースによっては0.5%～1%以上）が期待できます。結果として、機器の発熱が抑制されるため冷却機構の簡素化や、より高い周波数での動作（高周波化）が可能となり、インダクタやコンデンサといった受動部品の小型化にも繋がります。これはシステムのパワー密度向上とトータルコスト削減に大きく貢献するため、極めて高い電力効率と性能が求められるデータセンターのサーバー用電源や次世代EVのオンボードチャージャーなど、高電圧かつ高周波スイッチングを行う電力変換回路において活躍が期待されるデバイスです。