集積化ゲート転流型サイリスタ

集積化ゲート転流型サイリスタ（IGCT）

集積化ゲート転流型サイリスタ、またはIGCT（Integrated Gate Commutated Turn-off Thyristor）は、電力用半導体としての高周波特性を改良した新しい技術です。この技術は、1995年に三菱電機によって初めて開発されました。IGCTは、従来のGTO（Gate Turn-Off）サイリスタを基にし、特にゲートの設計を改良することで、多くの利点を持っています。

IGCTの特徴

この新しいサイリスタ技術の特徴は、スナバ回路が不要となり、結果として低損失を実現している点です。また、IGCTはインダクタンスの低減により、スイッチング周波数が10倍にまで向上しました。IGCTでは、ゲート電極とサイリスタの間のインダクタンスが1/100にまで減少しており、これにより高効率な操作が可能となっています。さらに、ターンオン時の電流上昇に対し向上した耐量を持っているため、アノードリアクトルを必要としなくなるという利点があります。

近年では、PIN接合やSiC（炭化ケイ素）を取り入れ、容量110kVAのインバータ装置が関西電力と英Cree社の協力によって開発されました。IGCTは、逆導通形（Reversed Conducting GCT、RGCT）や電圧形インバータとしてもバリエーションが増えています。

構造と原理

IGCTはその構造において、GTOサイリスタと異なり、積層構造を採用しています。この積層により、ゲート電極はリング状の金属板として基盤に配置されています。また、基盤には数千個のサイリスタが同心円に並列接続されており、ゲート電極はカソード電極を取り囲むように設計されています。これにより、IGCTは高効率で動作します。

サイリスタのターンオフは、流入する電流を全てゲート回路に向けて流すことで実現され、ゲート電極がリング状であることで、半導体の広範囲に電圧をかけることが可能となり、さらなる効率向上につながります。また、ゲート電極とゲート電極間の接触は弾性材により行われ、支えるように配置されています。

IGCTには逆方向阻止電圧耐性がないという特性がありますが、逆阻止能力を持つSGCT（Symmetrical GCT）というモデルも存在します。

関連技術と応用

IGCT技術は、ユニジャンクション[トランジスタ]との関係でも有名です。UJTはゲート信号の発信機として広く利用されており、プログラマブルUJTはサイリスタに似た構造を持っています。また、チャッパ制御や半導体リレーといった他の産業技術にも利用されています。IGCTは、現在の電力電子技術において重要な役割を果たしています。

この技術についての詳細は、多くの技術文書や参考資料でも確認でき、さまざまな用途への応用が期待されています。

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