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SiC 전력 MOSFET 설계의 난제

전문가 제언: ○ MOSFET은 1953년 bipolar transistor가 탄생한 다음 해에 등장했다. 그로부터 6년 후 SiC의 가치에 대해 과학자들이 눈을 뜨기 시작했다. 그 후 약 50년이 지났지만 아직도 SiC에 대해 만족할 만한 수준까지 발전되지 못한 것은 Bandgap이 Si에 비해 훨씬 크고, 결합력이 강하여 고온용으로 적절하다는 등 몇 가지 장점이 있음에도 불구하고 극복하지 못하고 있는 문제점들이 있기 때문이다.

○ SiC MOSFET은 Si에서와 같이 SiC 표면에 SiO2 결정을 성장시킬 수 있어서 MOSFET에 대한 연구가 집중적으로 이루어 질 수 있었으며 열 전도율이 높아서 발생하는 열을 효율적으로 방출할 수 있다는 점, 통전(on) 저항이 낮다는 점, 항복전압이 높다는 점 등이 장점으로 꼽힌다.

○ SiC MOSFET 상용화에 가장 큰 문제점은 웨이퍼의 가격과 신뢰성에 있다. 세계적으로 양질의 SiC 웨이퍼를 생산 공급하는 회사는 몇 안 되며 그로 인하여 가격이 높고 크기가 제한되어 있다. 신뢰성에 있어서는 SiO2와 SiC의 계면 문제가 난제로 남아 있다.

○ 본 논문에서는 SiC MOSFET의 개발을 더디게 하고 있는 난제들을 검토해 보았다. 이러한 난제들이 있음에도 불구하고 SiC MOSFET를 응용한 신상품은 계속 시장에 발표되고 있다. 금년 9월 초, 일본의 롬(Rohm) 주식회사는 SiC-SBD、SiC-MOSFET를 탑재한 1,200V, 230A급의 차세대 전기자동차를 위한 고 출력 인버터를 개발했다고 발표했다.

○ 2007년 말 SiC 기판의 주요 공급 업체인 미국의 Cree사는 2009~2010년에 6인치급 SiC 기판의 공급을 개시할 것이라고 밝혔다. 또한 최근 프랑스의 Yole Development사는 SiC 파워 반도체의 세계 시장 규모가 2016년에 10억 달러를 상회하게 될 것이라는 예측을 발표한 바 있다.

○ 국내에서는 SiC MOSFET가 아직 연구실에서 머물고 있는 수준이다. 오래 전부터 한국전기연구원 등에서 괄목할 만한 성과를 거두기는 했으나 상용화가 전개되고 있지는 않다. 배전의 노력이 필요할 것으로 보인다.

저자: Kevin Matocha
자료유형: 학술정보