寄生容量とは　電極や配線の間に意図せずできる容量、ロームの100V品は入力容量1万1300pF

寄生容量は、回路の中で意図していないのにできてしまう容量です。2つの導体が絶縁物をはさんで向き合うと、そこはコンデンサーと同じ働きをします。トランジスタのゲートとドレインの間、隣り合う配線の間など、チップの中のあらゆる場所にあります。

なぜ問題になるか

トランジスタをオンにするには、ゲートの電圧を上げる必要があります。そのとき、ゲートにつながる寄生容量に電荷をためなければなりません。オフにするときは、その電荷を抜きます。容量が大きいほど、この出し入れに時間がかかり、切り替えが遅れます。

電力にも響きます。デジタル回路が切り替えのたびに使う電力は、容量、電圧の2乗、切り替えの回数（周波数）にほぼ比例します。同じ電圧と周波数なら、寄生容量を減らした分だけ電力が減ります。

データシートの3つの容量

ロームの用語集によると、入力容量（Ciss）はドレインとソースを交流的に短絡してゲートとソースの間で測った寄生容量です。出力容量（Coss）はゲートとソースを短絡してドレインとソースの間で測り、帰還容量（Crss）はソースを接地してドレインとゲートの間で測ります。

ローム RY7P250BM の容量と切り替えの時間（データシートから）

項目	条件	標準値
入力容量 Ciss	VGS＝0V、VDS＝50V、1MHz	11,300pF
出力容量 Coss	同上	1,760pF
帰還容量 Crss	同上	55pF
ゲートの総電荷量 Qg	VGS＝10V	170nC
オンの遅れ時間＋立ち上がり時間	VDD約50V、ID＝50A	72ns＋90ns
オフの遅れ時間＋立ち下がり時間	同上	195ns＋200ns

この品は、オン抵抗を1.43mΩ（標準）まで下げた大電流用の部品です。チップの面積を大きくすると抵抗は下がりますが、向き合う面積が増えて容量は大きくなります。抵抗と容量は引き換えの関係にあり、用途に合わせて釣り合いを決めます。データシートでは、入力容量に6,780〜15,900pFの設計上の保証の幅を示しています。

チップの中の寄生容量

大規模なロジックのチップでは、トランジスタの容量に加え、配線の間の容量が大きくなります。配線の間隔が狭まるほど、隣の配線と向き合う距離が縮み、容量が増えるためです。IEEEの国際ロードマップ（IRDS）の2021年版は、寸法の縮小で全体の負荷に占める寄生成分の割合が増え、性能と電力の改善が小さくなると書いています。配線の間に誘電率の低い材料（low-k）を使うのは、この容量を減らすためです。

関連する用語

• 配線遅延：配線の抵抗と容量で信号が遅れること。
• low-k材料：配線の間の容量を減らす、誘電率の低い絶縁膜。
• ゲート電荷量（Qg）：ゲートを決まった電圧まで上げるのに要る電荷。
• スイッチング損失：切り替えのたびに失われる電力。