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저 손실 파워 디바이스의 전개(Power Electronics Innovation with Progress in Ultra-low Loss Power Devices)

전문가 제언: □ 일본 Tokyo Institute of Technology에 있는 Hiromichi Ohashi씨가 Ceramics, 40, No. 1, (2005) (일본)에 “여기까지 온 SiC 반도체”의 특집란에 게재한 논문이다. 저자는 반도체 디바이스분야에 다년간 종사해 왔으며 풍부한 경험을 가진 과학자로 알려져 있다. 참고문헌은 주로 일본저자의 것을 인용하였으나 현재 이 분야의 세계적인 연구현황은 모두 포함되어 있는 것으로 보인다.

□ 스위치 작동 모터, AC모터 드라이브 등에서 전력 변환장치의 변환효율은 2000년대에 이미 100%에 이르고 있다. 그러나 파워밀도에 의한 전력 변환장치의 성능은 2000년을 기준으로 하여 1W/cm3에 머물고 있다. 이 수치를 앞으로 더 끌어 올리려고 하는 것이 이 분야의 연구의 주제로 되어 있다. 여기에 등장하고 있는 소재의 대상이 WBG(Wide Band Gap) SiC반도체이다.

□ WBG반도체는 에너지 밴드 갭이 2eV이상인 것을 말한다. 여기에 속하는 반도체는 GaN(EG=3.4eV, AlN(EG=6.3eV), SiC(EG=2.2~3.25eV) 등을 들 수 있다. 그런데 GaN, AlN는 열적, 기계적, 화학적인 결함을 가지고 있어 부적당하고, SiC는 이 모든 장점을 가지고 있어 현재 실리콘 카바이드 소재를 중심으로 해서 각국에서 파워 디바이스 개발을 경쟁적으로 수행하고 있다. 그러나 SiC소재는 결정성장이 고온에서 이루어지고 결정내부에 다형 이질 경정이 불가피하게 함유되어 있는 단점이 있다.

□ 파워 디바이스의 개발은 재료 한계범위 안에서 이루어져야한다. 소재의 미세가공기술로 채널저항을 줄여야한다. 또 반도체 활성 층의 축적전하분포를 최적으로 조절하여 스위치 작동특성을 개선할 필요가 있다. 그리고 반도체의 웨이퍼 면적을 크게 하여 높은 전압에 견디고, 전류를 대량 흐르게 하는 기술이 개발되어야 할 것이다. 미국을 비롯하여 선진국 특히 일본에서는 이 분야의 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 한국에서도 SiC단결정을 이용하는 디바이스에 대한 연구는 오래전부터 이루어지고 있다. 대학, 정부 출연연구소, 특히 기업체 연구소에서 이 분야의 연구가 끊임없이 수행되고 있다.

저자: Hiromichi Ohashi
자료유형: 학술정보