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2018.07.12 SiC 파워 디바이스

SiC-SBD 사용의 메리트

SiC 쇼트키 배리어 다이오드란?

앞에서는 SiC-SBD의 특성과 Si 다이오드와의 비교, 현재 입수 가능한 제품에 대해 설명했습니다. 이번에는 지금까지 설명한 내용을 정리하면서, SiC-SBD의 메리트에 대해 생각해보고자 합니다.

SiC-SBD, SiーSBD, Si-PND의 특징

SiC-SBD는 반도체인 SiC 쇼트키 배리어를 얻기 위해 금속이 접합 (쇼트키 접합)되어 있습니다. 구조는 Si 쇼트키 배리어 다이오드와 기본적으로 동일하며, 전자만 이동하여 전류가 흐릅니다. 반면에 Si-PND는 P형 실리콘과 N형 실리콘의 접합 구조로 구성되며, 전자와 정공 (홀)에 의해 전류가 흐릅니다.

SiC_2-5_sicsky

SiC-SBD와 Si-SBD는 모두 고속성이 특징이지만, SiC-SBD의 경우 우수한 고속성과 동시에 고내압을 실현하였습니다. Si-SBD의 내압은 200V가 한계인 반면, SiC는 실리콘의 10배에 해당하는 절연 파괴 전계를 지니고 있어 1200V 제품이 양산되고 있으며, 1700V 내압품도 개발하고 있습니다.

Si-PND는 n-층에 소수 캐리어 정공이 축적됨에 따라 저항치가 낮아지므로, Si-SBD를 뛰어넘는 고내압과 저저항을 동시에 실현할 수는 있지만, turn-off 속도가 늦어집니다.

Si-PND 중에서 고속성을 향상시킨 FRD도 있지만, 이 역시 trr 특성 등은 SBD보다 열등합니다.

오른쪽 그림은 Si-SBD, Si-PND / FRD와 SiC-SBD의 내압 범위를 나타낸 것입니다. SiC-SBD는 Si-PND / FRD의 내압 범위에서 많은 부분을 커버하므로, 이 영역의 Si-PND / FRD의 trr을 개선할 수 있습니다.

SiC_2-5_cover

SiC-SBD의 trr

SiC-SBD는 우수한 trr 특성을 지니며, 온도 및 전류 의존성이 거의 없다는 사실을 Si-FRD와의 비교를 통해 설명했습니다.

SiC_2-5_comptemp

SiC-SBD의 순방향 특성

SiC-SBD의 순방향 특성은 Si-PND와는 다릅니다. 이는 물성 및 구조에 따른 것입니다. 특히 온도 특성에 있어서 Si-FRD는 온도가 높아짐에 따라 VF가 저하되어 도통 손실이 저감되지만, 역으로 IF가 증가하기 때문에 열폭주 상태에 이를 가능성이 있습니다.

반면에, SiC-SBD는 온도가 높아짐에 따라 VF가 높아지므로 열폭주가 발생하지 않습니다. 그러나, VF가 상승하기 때문에 IFSM이 Si-FRD보다 낮아집니다.

SiC_2-5_vfcompa

SiC-SBD의 메리트

이와 같이 SiC-SBD의 특징에 따른 「고속성」에 의해, Si-PND / FRD를 대체하여 사용할 경우의 메리트가 생겨나는 것입니다.

  1. trr이 고속이므로, 리커버리 손실을 대폭 삭감할 수
   있어 고효율
  2. 동일한 이유에서 역전류가 작으므로 노이즈 역시 작아,
   노이즈 / 서지 대책 부품을 삭감할 수 있게 됨에 따라
   소형화 가능
  3. 고주파 동작을 통해 인덕터 등의 주변 부품의 소형화 가능

하기에 사례와 이미지를 게재하였으므로 참조하여 주십시오.

SiC_2-5_comptrr
SiC_2-5_pfc

또한, 온도에 대해 매우 안정적이므로 자동차기기에도 대응이 가능하며, 실제로 HV / EV / PHV의 온보드 충전 회로에서 SiC-SBD의 메리트가 활용되고 있습니다.

SiC_2-5_ev

키 포인트

・trr이 고속이므로, 리커버리 손실을 대폭 삭감할 수 있어 고효율이다.

・상기와 같은 이유에서 역전류가 작으므로 노이즈 역시 작아, 노이즈 / 서지 대책 부품을 삭감할 수 있어 소형화가 가능하다.

・고주파 동작을 통해 인덕터 등 주변 부품의 소형화가 가능하다.

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