半導体のON抵抗って、そもそもナニ？

はじめに

スマートフォンやパソコン、電気自動車など、私たちの身の回りにある電子機器の中では、無数の半導体が働いています。その中でも「パワー半導体」と呼ばれる部品には、「オン抵抗」とい

う重要な特性があります。

でも、「オン抵抗」って一体何でしょう？今回は、この少し専門的に聞こえる言葉を、初心者の方にもわかりやすく解説していきます。

スイッチとしての半導体

まず、パワー半導体が何をしているのか理解しましょう。

パワー半導体（MOSFETやIGBTなど）は、簡単に言えば電気のスイッチです。ただし、壁についている照明のスイッチとは違い、電子的に超高速でON/OFFを切り替えられる優れものです。

• OFFの状態：電気を流さない（絶縁状態）
• ONの状態：電気を流す（導通状態）

このスイッチ機能によって、電力を効率よく制御したり、電圧を変換したりしています。

「ON抵抗」の正体

ここで本題です。理想的なスイッチなら、ONにしたときは「完全に電気を通す」はずですよね。水道で例えるなら、蛇口を全開にしたら、水が何の抵抗もなく流れるイメージです。

しかし、現実の半導体スイッチは違います。

ONの状態でも、わずかに抵抗が残っているのです。この抵抗が「オン抵抗（ON-Resistance）」です。

記号では「Ron」や「RDS(on)」と表記されることが多く、単位は「Ω（オーム）」や「mΩ（ミリオーム）」です。

なぜON抵抗が問題なのか？

「ちょっとくらい抵抗があっても、電気は流れるんだからいいじゃない？」と思うかもしれません。でも、この「ちょっとした抵抗」が、実は大きな問題を引き起こすのです。

問題①：電力の損失（発熱）

オン抵抗があると、そこで電力が失われます。これはオームの法則から計算できます：

損失電力 = I² × Ron

ここで、Iは流れる電流です。

例えば：

• オン抵抗が10mΩ（0.01Ω）
• 流れる電流が10A

このとき、損失電力は： 10² × 0.01 = 1W（ワット）

たった1Wと思うかもしれませんが、これが熱として放出されます。小さな半導体チップにとって、1Wの発熱は無視できません。

問題②：効率の低下

電力が熱として失われるということは、その分だけエネルギー効率が下がるということです。

例えば、電気自動車のモーター制御では、数百アンペアの電流が流れることもあります。もしオン抵抗が大きければ：

• バッテリーの電力が無駄に消費される
• 走行距離が短くなる
• 冷却システムが大きく重くなる

ON抵抗を小さくする工夫

だからこそ、半導体メーカーは「いかにオン抵抗を小さくするか」に日夜取り組んでいるのです。

1. チップサイズを大きくする
   オン抵抗は、半導体チップの面積に反比例します。チップを大きくすれば、電気の通り道が広くなり、抵抗が下がります。
   
   ただし、チップが大きいと：
   • コストが上がる
   • 実装スペースが必要になる
     
     
     というトレードオフがあります。
2. 新しい材料を使う
   従来のシリコン（Si）に代わって、SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）といった新材料が注目されています。
   
   これらは：
   • シリコンより電気特性が優れている
   • 同じサイズでもオン抵抗が小さい
   • 高温でも動作できる
     
     
     特に電気自動車やデータセンターの電源など、高効率が求められる分野で急速に普及しています。

3. 並列接続
   複数の半導体を並列につなぐことで、全体としてのオン抵抗を下げる方法もあります。抵抗の並列接続では、合成抵抗が小さくなるからです。

ON抵抗の具体的な数値感

実際の製品では、どのくらいの値なのでしょうか？

低電圧用MOSFET（～100V級）

• 1～10mΩ程度
• スマホの電源回路などに使用

高電圧用MOSFET（～600V級）

• 50～500mΩ程度
• 家電製品やACアダプターに使用

SiC-MOSFET（～1200V級）

• 10～100mΩ程度
• 電気自動車や太陽光発電に使用

数値を見ると、mΩ（ミリオーム）という小さな単位で議論されていることがわかります。たった数mΩの違いが、製品の性能を大きく左右するのです。

データシートでの確認

実際に半導体を選ぶときは、メーカーが提供するデータシートを見ます。

オン抵抗は通常：

「RDS(on)」という項目に記載

条件（電流値、温度、ゲート電圧など）も併記

グラフで温度依存性が示される

注意点： オン抵抗は温度が上がると増加します。データシートには25℃での値が記載されていますが、実動作では温度上昇を考慮する必要があります。

まとめ

オン抵抗とは：

• 半導体スイッチがONのときに残る抵抗
• 小さいほど良い（損失が少ない）
• 電力損失と発熱の原因になる
• 製品の効率を左右する重要パラメータ

一見地味な「抵抗の値」ですが、私たちのスマホのバッテリー持続時間、電気自動車の航続距離、データセンターの電気代など、身近なところに影響しています。

半導体技術の進歩は、この「オン抵抗を小さくする戦い」の歴史でもあるのです。次に電子機器を使うとき、その中で働く無数の半導体たちが、いかに効率よく電気を流そうと頑張っているか、少し思い出してみてください。

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