パワエレ27【電験3種機械】IGBTとパワーMOSFETの特性比較（パワエレ26の類題）！令和2年 A問題10 完全解説

2026年7月8日2026年8月8日

電験3種機械科目パワーエレクトロニクス令和2年度 A問題10 高速か大容量か！2つのデバイスを使い分ける

今回は令和2年度機械科目 A問題10を解説します。パワエレ26と同じテーマで、近年主に用いられるIGBTとパワーMOSFETを比較した記述の誤りを見つける問題です（設問文・選択肢はパワエレ26とは別内容）。

パワーMOSFETは電圧駆動形であり、多数キャリアを用いる素子で、少数キャリアの蓄積現象はありません。蓄積効果があるのはIGBTなどバイポーラ系デバイスです。

令和2年度機械科目 A問題10：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種機械科目パワーエレクトロニクス令和2年度 A問題10 問題文 — 令和2年度機械科目 A問題10 問題文

出典：一般財団法人電気技術者試験センター「令和2年度第三種電気主任技術者試験」機械科目 A問題10

電験3種機械科目【パワーエレクトロニクス】令和2年度 A問題10

　パワー半導体スイッチングデバイスとしては近年，主にIGBTとパワーMOSFETが用いられている。両者を比較した記述として，誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）IGBTは電圧駆動形であり，ゲート・エミッタ間の電圧によってオン・オフを制御する。
（2）パワーMOSFETは電流駆動形であり，キャリア蓄積効果があることからスイッチング損失が大きい。
（3）パワーMOSFETはユニポーラデバイスであり，バイポーラ形のデバイスと比べてオン状態の抵抗が高い。
（4）IGBTはバイポーラトランジスタにパワーMOSFETの特徴を組み合わせることにより，スイッチング特性を改善している。
（5）パワーMOSFETではシリコンのかわりにSiCを用いることで，高耐圧化をしつつオン状態の抵抗を低くすることが可能になる。

出題のポイント：MOSFETは電圧駆動でキャリア蓄積もない

(2)の記述には誤りが2つ含まれています。パワーMOSFETは電流駆動形ではなく電圧駆動形、そしてキャリア蓄積効果はない——どちらもIGBT側の性質と入れ替えた記述です。

	IGBT	パワーMOSFET
駆動方式	電圧駆動（ゲート・エミッタ間）	電圧駆動（ゲート・ソース間）
キャリア	バイポーラ（電子と正孔）	ユニポーラ（電子のみ）
キャリア蓄積	あり（テイル電流が出る）	★なし
スイッチング損失	大きい	小さい
オン抵抗	低い（伝導度変調）	高い（耐圧が上がるほど急増）
逆方向の電流	流れない（外付けダイオードが要る）	流れる（ボディダイオード内蔵）

MOSFETのゲートは絶縁されています。だから定常状態ではゲート電流がほとんど流れず、電圧をかけるだけで制御できる——これが電圧駆動です。

電流駆動なのはバイポーラトランジスタやGTOです。ベース（ゲート）に電流を流し続けなければオンを保てない——だから駆動回路が大がかりになります。

キャリア蓄積効果もMOSFETにはありません。電子だけで電流を運ぶユニポーラデバイスだからです——蓄積する少数キャリアがそもそも存在しないのです。

IGBTとパワーMOSFETの駆動方式、キャリア、蓄積効果、スイッチング、オン特性を比較した表 — 両者とも電圧駆動形ですが、パワーMOSFETには少数キャリアの蓄積がありません。

正しい4つの記述を確認する

(1) IGBTは電圧駆動形

IGBTの入力段はMOSFET構造ですから、ゲート・エミッタ間の電圧でオン・オフを制御します。MOSFETと同じ電圧駆動——この点で両者に違いはありません。

(1)と(2)を並べて読むと矛盾に気づけます。「IGBTは電圧駆動」「MOSFETは電流駆動」——入力段が同じMOS構造なのに駆動方式が違うのはおかしいのです。

(3) ユニポーラはオン抵抗が高い

バイポーラデバイスでは、少数キャリアが注入されて伝導度が上がります（伝導度変調）——だからオン電圧が低くなるのです。

ユニポーラのMOSFETにはその効果がないので、純粋に半導体層の抵抗がそのままオン抵抗になります——とくに高耐圧品では層を厚くする必要があり、抵抗が急増します。

(4) IGBTは両者の組合せ

バイポーラトランジスタの高耐圧・大電流という長所に、MOSFETの扱いやすいゲートを組み合わせたのがIGBTです。バイポーラ単体より格段にスイッチングしやすくなった——「スイッチング特性を改善している」という記述は正確です。

(5) SiCで高耐圧かつ低オン抵抗

SiC（炭化ケイ素）は絶縁破壊電界がシリコンの約10倍です。同じ耐圧なら半導体層を薄くできる——だから高耐圧でもオン抵抗を低く保てます。

従来「高耐圧のMOSFETはオン抵抗が大きすぎて使えない」とされてきました。SiCはその制約を大きく緩和する——MOSFETの適用範囲を高耐圧側へ広げつつある材料です。

パワーMOSFETを電流駆動形かつキャリア蓄積ありとする選択肢2を訂正した解答図 — パワーMOSFETは電圧駆動形の多数キャリアデバイスなので、誤っている記述は(2)です。

答え誤っているのは (2)です。パワーMOSFETは電圧駆動形で、キャリア蓄積効果もない——2か所ともIGBT側の性質を当てはめた記述になっています。

駆動方式でデバイスを整理する

駆動方式	デバイス	ゲート回路の特徴
電流駆動	バイポーラトランジスタ、サイリスタ、GTO	電流を流し続ける必要があり、回路が大がかり
電圧駆動	パワーMOSFET、IGBT	ゲート電流がほぼ0。回路が簡単で消費電力も小さい

電圧駆動デバイスが普及した最大の理由が、この駆動回路の簡単さです。GTOでは主電流の1/3ほどの逆ゲート電流が必要でしたが、IGBTならゲート電圧を切るだけ——制御回路が桁違いに小さくなります。

「ゲートが絶縁されているか」が電圧駆動かどうかの分かれ目です。IGBT の I が Insulated（絶縁）——名前が駆動方式を教えてくれています。

⏱️ 本番での進め方
① MOSFETもIGBTも電圧駆動。電流駆動はバイポーラ・サイリスタ・GTO。
② キャリア蓄積はバイポーラ側の性質。MOSFETにはない。
③ (1)と(2)を並べると矛盾する。選択肢どうしの整合性を見る。
④ SiCは高耐圧化と低オン抵抗を両立。近年の頻出テーマ。

💡 覚え方
「IGBTのIはInsulated＝絶縁ゲート＝電圧駆動」——MOSFETも同じMOS構造なので電圧駆動。そして「蓄積するのはバイポーラだけ」——この2点で(2)の誤りが2か所とも見つかります。

伝導度変調とは何が起きているのか

(3)で問われた「オン抵抗の高さ」の背後には、伝導度変調という現象があります。バイポーラデバイスがオン電圧を低くできる理由です。

半導体の抵抗は、電流を運ぶキャリアの数で決まります。キャリアが多ければ抵抗が低い——単純な関係です。

バイポーラデバイスでは、オンにしたときに少数キャリア（正孔）が大量に注入されます。もともとある電子に加えて正孔も増えるので、キャリアの総数が桁違いに増える——これが伝導度変調です。

	ユニポーラ（MOSFET）	バイポーラ（IGBT）
電流を運ぶもの	電子のみ	電子＋注入された正孔
オン時の抵抗	もとの半導体の抵抗のまま	キャリア増加により大幅に低下
オフ時	すぐ切れる	注入した正孔が消えるまで時間がかかる（テイル電流）