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2018.03.30 SiC 파워 디바이스

서론

서론

최근 「파워 디바이스」 또는 「파워 반도체」라는 표현으로 대전력을 저손실로 취급하기 위한 다이오드 및 트랜지스터와 같은 디스크리트 (개별 반도체) 부품이 주목을 받고 있습니다. 그 이유는 세계 공통 과제인 「에너지 절약화」와 「소형화」에 대응하기 위해, 한층 더 고효율의 고성능 파워 디바이스가 필수이기 때문입니다.

그런데, 「파워 디바이스」란, 구체적으로 어떤 정의에 기초하는 분류일까요? 아마도 명확한 분류는 없을 것으로 생각합니다. 이미지 상으로는 고전압 고전력의 AC/DC 변환 및 전력 전환을 목적으로 한 다이오드 및 MOSFET, 그리고 전원의 출력단으로서 모듈화된 파워 모듈 등이 해당될 것으로 생각합니다.

여기에서는, 기존의 실리콘 반도체를 베이스로 한 「실리콘 (Si) 파워 디바이스」와, Si 반도체에 비해 손실 저감 및 고온 환경에서의 동작 특성이 우수하여 차세대 저손실 소자로서 기대를 모으고 있는 「실리콘 카바이드 (SiC) 파워 디바이스」로 나누어 설명하고자 합니다. SiC 반도체는 이미 실용 영역에 진입하였으며, 품질 신뢰성 요구가 까다로운 자동차기기에도 탑재되어 있습니다. SiC로 말하자면, 매우 큰 전력을 취급하는 특수 어플리케이션을 이미지로 떠올리는 분도 있으리라 생각됩니다만, 생활에서 자주 사용되는 어플리케이션에 있어서도 저전력, 소형화에 기여도가 높은 파워 디바이스입니다.

SiC 파워 디바이스

SiC 파워 디바이스에 대해서는 하기의 4가지 항목으로 설명하겠습니다.

  1. SiC란?
    • 물성, Si와의 비교
    • 개발 배경
    • SiC의 메리트
  2. SiC-SBD (쇼트키 배리어 다이오드)
    • Si 다이오드와의 비교
    • 채용 사례
  3. SiC-MOSFET
    • 각종 파워 MOSFET와의 비교
    • 활용 사례
  4. Full SiC 모듈
    • 모듈의 구성
    • 스위칭 손실
    • 활용 포인트
SiC_20160323

SiC는 열적, 화학적, 기계적으로 매우 안정된 화합물 반도체로, 파워 디바이스에 있어서 중요한 특성들이 매우 우수합니다. 소자로서는 Si 반도체를 능가하는 저저항, 고속 동작, 고온 동작이 가능하여, 송전에서 실제의 기기에 이르기까지 다양한 전력 변환에서 에너지 손실을 대폭 저감할 수 있습니다.

SiC 파워 디바이스는 2010년*1에 SiC-SBD (쇼트키 배리어 다이오드)와 SiC-MOSFET의 양산 출하를 실시하였으며, SiC-MOSFET와 SiC-SBD를 모두 탑재한 「Full SiC」 파워 모듈도 2012년*1에 양산을 개시하였습니다. 또한, 이미 제2세대 디바이스를 양산하고 있어, 빠른 속도로 진화하고 있습니다. (*1 : 로옴 조사에 따른 일본 국내 또는 세계 최초 양산)

다음 장에서는, 아직 SiC가 생소하다는 전제하에 SiC의 물성 및 메리트와 같이 기초적인 내용을 소개하겠습니다. 그 다음으로 SiC-SBD, SiC-MOSFET에 대해 Si 디바이스와 비교하여 특성 및 사용법의 차이점 등을 설명하고, 채용 사례도 소개하고자 합니다.

Full SiC 모듈은 파워단으로 최적화된 모듈로 다양한 메리트가 있습니다. 특징과 더불어 실제 어플리케이션에서의 구체적 활용 포인트를 소개하겠습니다.

SiC 파워 디바이스는 저전력과 소형화에 있어서 매우 유용하므로, 본 내용을 통해 많이 활용되는 계기가 되길 기대합니다.

키 포인트

・SiC 파워 디바이스는 손실 저감 및 고온 환경에서의 동작 특성이 우수한 차세대 저손실 소자.

・새로운 반도체이지만, 자동차기기와 같은 고품질 고신뢰성이 요구되는 시장에서도 이미 많은 실적 보유.

실리콘 카바이드 파워 디바이스의 이해와 활용 사례