SiC-MOSFET란? – 바디 다이오드 특성

앞에서는, IGBT와의 차이점에 대해 설명하였습니다. 이번에는 SiC-MOSFET의 바디 다이오드의 순방향 특성과 역회복 특성에 대해 설명하겠습니다.

MOSFET에는 우측의 그림과 같이 드레인-소스 간에 바디 다이오드가 존재합니다. 바디 다이오드는 MOSFET 구조 상, 소스-드레인 간의 pn 접합에 의해 형성되는 것으로, 기생 다이오드 및 내부 다이오드라고도 합니다. 바디 다이오드의 성능은 MOSFET로서 중요한 파라미터 중 하나이며, 어플리케이션에서의 사용에 있어서 중요한 성능입니다.

SiC-MOSFET의 바디 다이오드 순방향 특성

하기는, SiC-MOSFET의 Vds-Id 특성을 나타낸 그래프입니다. SiC-MOSFET에는 소스를 기준으로 드레인에 부전압이 인가되고, 바디 다이오드는 순방향 바이어스의 상태입니다. 이 그래프에서 “Vgs=0V”의 녹색 선은 바디 다이오드의 Vf 특성 그 자체를 나타내고 있습니다. Vgs가 0V, 즉 MOSFET는 OFF 상태에서 채널 전류가 흐르지 않으므로, 이 조건에서의 Vd-Id 특성은 바디 다이오드의 Vf-If 특성이라고 할 수 있습니다. 「실리콘 카바이드란?」에서 설명한 바와 같이, SiC는 밴드 갭이 넓으므로, Si-MOSFET 대비 Vf가 매우 커집니다.

이에 비해, 게이트-소스 간에 18V를 인가하고, SiC-MOSFET가 ON 상태인 조건에서는, 바디 다이오드 부분이 아닌, 저항이 더욱 작은 채널 부분을 흐르는 전류가 지배적입니다. 각각의 상태를 구조적 관점으로 이해할 수 있도록, 하기에 MOSFET의 단면도를 게재하였습니다.

SiC-MOSFET의 바디 다이오드 역회복 특성

MOSFET의 바디 다이오드에서 또 하나의 중요한 특성은 역회복 시간 (trr)입니다. trr이 다이오드의 스위칭 특성에 관한 중요한 파라미터인 것은 SiC 쇼트키 배리어 다이오드 편에서도 설명하였습니다. MOSFET의 바디 다이오드는 pn 접합을 지닌 다이오드이므로 당연히 역회복 현상이 발생하며, 그 특성은 역회복 시간 (trr)으로 나타납니다. 하기는 1000V 내압의 Si-MOSFET와, SiC-MOSFET SCT2080KE의 trr 특성을 비교한 그래프입니다.

상기 그래프에서 보시는 바와 같이, Si-MOSFET의 trr은 느리고, 큰 Irr이 흐릅니다. 그에 비해 SiC-MOSFET SCT2080KE의 바디 다이오드는 매우 고속입니다. trr, Irr 모두 신경 쓰지 않아도 될 정도이며, 리커버리 손실 Err을 대폭 저감하였습니다.