실리콘 카바이드 및 전력 전자

실리콘과 탄소의 매우 단단한 합성 화합물인 탄화규소는 사포나 연삭 휠과 같은 산업용 연마재와 펌프 베어링이나 산업용 용광로의 내마모성 부품으로 오랫동안 활용되어 왔습니다. 또한 우수한 내화 라이닝을 제공할 수 있습니다.

탄화규소는 내열성과 내구성 면에서 실리콘보다 뛰어나며, 열전도율과 열전도 특성이 더 우수합니다.

전력 전자 제품

실리콘 카바이드는 전력 전자 애플리케이션에 점점 더 많이 사용되는 소재가 되었습니다. 기존 실리콘 디바이스보다 높은 전압 수준과 온도를 견딜 수 있어 성능과 안정성을 향상시키는 동시에 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 또한 이러한 특성으로 인해 다양한 애플리케이션에 적합합니다.

전기 자동차(EV) 제조업체는 오프보드 배터리 충전기, DC-DC 컨버터, 하이브리드 전기 자동차 등 높은 온도와 전압을 견딜 수 있는 부품을 필요로 합니다. 실리콘 카바이드는 실리콘 반도체에 비해 더 높은 효율, 낮은 전력 손실, 높은 신뢰성 측면에서 이점을 제공하면서도 더 작고 비용 효율적인 대안이 될 수 있습니다.

또한 SiC 트랜지스터는 실리콘 트랜지스터보다 밴드 갭이 더 넓어 열 손실을 최소화하고 효율을 높이는 데 도움이 됩니다. 따라서 낭비되는 전력을 줄이면서 비슷한 기능을 수행할 수 있으며, 충전 시간을 단축하여 배터리 비용을 줄이면서 주행 거리를 늘릴 수 있다는 점에서 전기차 운전자들이 높이 평가할 만한 요소입니다.

자동차

실리콘 카바이드 칩은 전기 자동차 산업에 다양한 이점을 제공합니다. 전압과 전류의 손실을 줄이면서 열 효율을 개선하여 자동차 제조업체가 주행 거리에 영향을 미치는 주요 전력 전자 부품의 크기와 무게를 줄여 전기차가 한 번 충전으로 더 멀리 주행할 수 있도록 도와줍니다. 자동차 회사들은 이 기술을 채택하기 시작했고, 로옴 반도체는 배터리 관리 시스템과 실리콘 카바이드 소재로 설계된 트랙션 컨트롤 인버터에 사용하도록 특별히 설계된 절연 솔루션을 제공하기 위해 뛰어들었습니다.

자동차 제조업체들은 와이드밴드갭 반도체가 미래의 배터리 전기 자동차(BEV)에 필수적인 역할을 할 것이라는 점을 인식하고 배터리 구동 자동차에 사용되는 SiC 칩의 공급을 확보하기 위해 수십억 달러를 투자했습니다. 독일 공급업체인 ZF 그룹과 Wolfspeed는 현재 SiC 칩 전용 생산 시설을 만들기 위해 협력하고 있으며, 세계적인 부품 제조업체인 Bosch는 2023년 캘리포니아 로즈빌의 TSI Semiconductors를 인수하여 2026년까지 생산 시설을 200mm 실리콘 웨이퍼의 애플리케이션별 집적 회로에서 SiC MOSFET 생산으로 전환할 계획을 세우고 있습니다.

다른 칩 제조업체들도 실리콘 카바이드 기술에 대한 투자를 늘리고 있습니다. 롬 세미컨덕터도 투자를 강화하고 있는 칩 제조업체 중 하나입니다. 로옴은 실리콘 카바이드 기반 전력 설계를 지원하는 제품(MOSFET, 절연 전력 트랜지스터, 모듈, 배터리 관리 시스템, 트랙션 제어 인버터 등)을 제공하며, 특히 비용과 성능 면에서 상당한 이점을 제공하는 고전압 애플리케이션에 주력하고 있습니다.

철도 운송

철도 운송 분야에서 실리콘 카바이드 칩은 전력 장치의 효율성과 전력 밀도를 높여 무게와 부피를 줄이는 동시에 운영 및 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다. 특히 고온을 견뎌야 하는 트랙션 컨버터와 관련된 애플리케이션에 적합하며, 실리콘 카바이드 칩은 최대 500℃까지 작동할 수 있는 실리콘-탄소 혼합물로 만들어진 다목적 칩으로 태양 에너지 또는 철도 운송에 이상적인 솔루션입니다!

실리콘 카바이드 반도체는 실리콘 반도체보다 더 넓은 밴드 갭을 자랑하므로 실리콘 반도체보다 더 높은 주파수와 전압에서 작동할 수 있어 표준 실리콘 칩보다 손실이 적고 포화 드리프트율이 낮아 더 많은 전력을 공급할 수 있습니다.

전기 자동차에 대한 수요가 증가함에 따라 고성능 부품에 대한 수요도 증가하고 있습니다. 여기에는 흔히 "루디크러스 모드"로 알려진 가속 기능을 충족하기 위한 모터 성능 향상이 포함됩니다. 이를 위해서는 더 강력한 커패시터와 견고한 전기 케이블이 필요할 수 있습니다.

실리콘 카바이드(SiC) 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)가 트랙션 인버터에 널리 보급되고 있으며, 스위칭 손실과 전도 손실이 감소하여 전체 시스템 전력 손실이 줄어들어 운영 전기 비용을 크게 절감할 수 있습니다.

산업용 애플리케이션

실리콘 카바이드는 고전력 애플리케이션, 특히 전기 자동차 전력 전자장치와 우주 탐사 로버 기기(Mantooth, Zetterling & Rusu)에서 유망한 반도체 재료로 부상하고 있습니다. 실리콘 카바이드는 기존 실리콘 반도체보다 높은 밴드갭을 제공하고 훨씬 높은 온도, 전압 및 주파수에서 작동하므로 실리콘을 대체할 수 있는 매력적인 소재입니다. 실리콘 카바이드는 밴드갭이 낮은 기존 실리콘 반도체보다 더 높은 온도, 전압, 주파수에서 작동할 수 있습니다. 실리콘 카바이드의 성능은 또한 전기 자동차의 전력 전자장치나 우주 탐사에 사용되는 기기(만투스 제터링 & 루수)와 같은 까다로운 애플리케이션에서 매력적인 대안이 될 수 있습니다.

실리콘 카바이드는 높은 작동 온도와 전압 수준을 필요로 하는 초기 라디오의 발광 다이오드 및 감지기로 산업적으로 처음 사용되었습니다. 1970년대와 1980년대에 실리콘 카바이드로 만든 MOSFET이 처음 상용화되었으며, 산화물 절연층 사이에 게이트 전극을 배치한 p형 반도체로 구성된 상호 연동 구조가 특징입니다. 실리콘 카바이드 칩은 낮은 저항 특성으로 인해 전력 손실을 줄이면서 더 높은 온도에서 전류가 흐를 수 있었습니다.

실리콘 카바이드 전력 소자는 실리콘 전력 트랜지스터로 만든 반도체보다 더 높은 열 출력을 견디고 더 오래 지속되며 에너지 효율이 높기 때문에 전기차의 전력 공급 방식에 혁신을 일으키고 있습니다. 따라서 많은 전기차 제조업체들이 차량의 비용과 무게를 줄이기 위해 실리콘 카바이드 디바이스를 선택하고 있습니다.

Wolfspeed의 기본 SiC 웨이퍼 및 반도체 솔루션은 전력 시스템 설계자가 모든 전원 공급 시스템을 실리콘 카바이드 기술로 업그레이드하는 데 필요한 모든 것을 제공하며, 서버에 Wolfspeed SiC 전력 트랜지스터를 설치함으로써 냉각 에너지 비용만 40%를 절약할 수 있습니다.