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2019.01.10 SiC 파워 디바이스

SiC-MOSFET란? – Si-MOSFET와의 차이점

SiC-MOSFET란?

이번에는, SiC-MOSFET와 각 파워 트랜지스터를 비교하여 개별적으로 설명하겠습니다.

먼저, Si-MOSFET와의 차이점에 대해 설명하겠습니다. SiC-MOSFET의 사용 경험이 없는 분은 각각의 파라미터 상세 내용보다는 구동 방법 등이 Si-MOSFET와 어떻게 다른지에 대한 궁금증이 가장 클 것입니다. 여기에서는 SiC-MOSFET의 구동에 있어서 Si-MOSFET와 비교 시 유의해야 할 2가지 포인트를 설명하겠습니다.

Si-MOSFET와의 차이점 : 구동 전압

SiC-MOSFET는 Si-MOSFET에 비해, 드리프트층 저항은 낮은데 반해 채널 저항이 높기 때문에, 구동 전압이 되는 게이트-소스 간 전압 : Vgs가 높을수록 ON 저항은 낮아진다는 특성이 있습니다. 하기는 SiC-MOSFET의 ON 저항과 Vgs의 관계를 나타낸 그래프입니다.

ON 저항은, Vgs의 변화 (강하)가 20V 부근에서 서서히 줄어들어 최소치에 근접하게 됩니다. 일반적인 IGBT와 Si-MOSFET의 구동 전압은 Vgs=10~15V지만, SiC-MOSFET는 충분히 낮은 ON 저항을 얻기 위해 Vgs=18V 전후로 구동하는 것을 권장합니다. 즉, Si-MOSFET보다 높은 구동 전압을 필요로 한다는 점이 Si-MOSFET와의 차이점 중 하나입니다. Si-MOSFET에서 대체하여 사용하는 경우, 게이트 드라이버 회로의 검토도 필요합니다.

Si-MOSFET와의 차이점 : 내부 게이트 저항

SiC-MOSFET의 소자 자체 (칩)의 내부 게이트 저항 : Rg는, 게이트 전극 재료의 시트 저항과 칩 사이즈에 의존합니다. 동일한 설계인 경우 칩 사이즈에 반비례하며, 칩 사이즈가 작을수록 게이트 저항은 높아집니다. 동등한 능력에서는, SiC-MOSFET의 칩 사이즈는 Si 디바이스에 비해 작기 때문에, 게이트 용량은 작지만, 내부 게이트 저항은 커집니다. 예를 들어, 1200V 80mΩ 제품 (S2301은 베어 다이 제품)은 내부 게이트 저항이 약 6.3Ω입니다.

이는 SiC-MOSFET에 한정된 것은 아니지만, MOSFET의 스위칭 시간은 외장 게이트 저항과 위에서 설명한 내부 게이트 저항을 합친 토탈 게이트 저항치에 의존합니다. SiC-MOSFET의 내부 게이트 저항은 Si-MOSFET보다 크므로, 고속 스위칭을 위해서는 외장 게이트 저항은 수 Ω 정도로 가능한 작게 할 필요가 있습니다.

단, 외장 게이트 저항은 게이트에 인가되는 서지에 대한 보호 역할도 하므로, 주의해야 합니다.

키 포인트

・SiC-MOSFET가 낮은 ON 저항을 얻기 위해서는, Vgs는 18V 전후로 Si-MOSFET보다 높아야 한다.

・SiC-MOSFET 내부 게이트 저항은 Si-MOSFET보다 크므로 외장 Rg는 작게 하지만 서지 보호 역할도 고려해야 한다.

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