실리콘 카바이드 반도체

실리콘 카바이드 반도체는 더 높은 작동 온도, 더 빠른 스위칭 주파수, 디바이스 손실 감소 등 실리콘에 비해 많은 고유한 장점을 가진 비 전통적인 와이드 밴드갭 반도체로, SiC 전력 부품은 전체 부품 비용에서 막대한 비중을 차지하는 기판 비용이 감소하여 실리콘 기반 제품보다 훨씬 낮은 비용을 제공합니다.

고온

실리콘 카바이드(SiC)는 고온, 극심한 진동, 유해한 화학 매체 환경, 방사선 노출 등 대부분의 전자 제품이 작동할 수 없는 열악한 환경에서도 잘 견디는 매우 단단하고 내화성이 강한 반도체 소재입니다. 이러한 극한 환경을 견딜 수 있는 SiC 센서와 전자기기는 전기 자동차 및 공공시설의 전력 전송부터 레이더 및 휴대폰 통신 애플리케이션을 위한 더 강력한 마이크로파에 이르기까지 다양한 시스템에 혁신을 가져올 수 있습니다.

SiC를 생산하는 한 가지 방법은 Lely 공정을 이용하는 것입니다. 이 공정에서는 SiC 분말을 고온의 실리콘, 탄소 및 실리콘 이카바이드로 승화시킨 다음 기판에 증착하기 전에 2500℃에서 플레이크와 같은 단결정으로 증착하여 최대 2cm2 크기의 고품질 단결정 6H-SiC를 얻습니다.

3C, 4H, 15R 및 21R을 포함한 여러 저압 폴리타입의 SiC가 있었습니다. 각 폴리타입은 유사한 구조로 강력한 포논 모드를 나타냈습니다. 연구자들은 흡수 에지의 압력 의존성을 연구했는데, 질소가 도핑된 6H-SiC를 조사한 결과 밴드 갭이 불변의 음압 미분을 갖는 것으로 나타났으며 이 결과는 이론적 계산을 확인했습니다.

고전압

반도체, 다이오드, IGBT와 같은 고전압 장치는 모터 제어, 태양광 인버터, 배터리 충전기부터 모터스포츠에 이르기까지 다양한 애플리케이션에 필수적인 부품입니다. 그러나 안타깝게도 이러한 소자는 설치 공간이 넓기 때문에 상당한 열 출력이 필요하며, 이로 인해 전도 손실이 발생합니다. 실리콘 카바이드(SiC) 디바이스를 활용하면 스위칭 손실을 줄이는 동시에 더 높은 차단 전압과 전도 손실 감소로 신뢰성을 높일 수 있습니다.

SiC는 실리콘보다 훨씬 높은 파괴 전기장 강도로 성능 저하 없이 더 높은 작동 온도를 달성할 수 있다는 점에서 실리콘과 차별화됩니다. 따라서 SiC는 IGBT, SB 다이오드 및 MOSFET과 같은 고전압 전력 디바이스에 탁월한 선택이며, 3배 더 넓은 밴드 갭으로 실리콘보다 극한 조건에 더 적합합니다.

여러 회사에서 자동차 및 산업용 인버터용으로 특별히 설계된 와이드 밴드갭 실리콘 카바이드(WBG) MOSFET을 개발했으며, 650V 브레이크포인트와 동급 디바이스 중 가장 낮은 면적당 온 상태 저항이 특징입니다. ON Semiconductor의 NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET은 내부 게이트 저항이 있어 구동 회로의 외부 저항을 제거하여 스위칭 시간을 단축합니다.

고주파

고주파 실리콘 카바이드 반도체는 2021년에 상당한 시장 점유율을 차지했으며, 고속 스위칭 애플리케이션의 전력 손실과 신뢰성을 줄이는 데 도움이 되는 넓은 밴드 갭으로 인해 예측 기간 동안 지속적인 성장을 경험할 것으로 예상됩니다. 실리콘 카바이드는 또한 철도 운송 및 전기 자동차 환경에서 많은 응용 분야를 가지고 있으며, 일본 신칸센 열차의 견인 컨버터로 사용되어 신뢰성을 향상시키는 등 장비 크기와 무게를 줄여 운영 비용을 절감하고 효율성을 개선하는 데 도움이 됩니다.

탄화규소 반도체 디바이스는 지속 가능성 및 전기화 노력의 증가로 지난 몇 년 동안 엄청난 성장을 거듭해 왔으며 고전압/고주파 애플리케이션에서 실리콘 및 실리콘 비소보다 우수한 성능을 제공합니다. 질화 갈륨(GaN) 또한 3세대 반도체 디바이스의 필수적인 역할을 하며 고전압/고주파 애플리케이션에 적용할 때 실리콘보다 더 많은 옵션을 제공합니다.

실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘과 탄소로 구성된 합금입니다. 이 화합물은 다이아몬드와 유사한 강력한 공유 결합을 특징으로 합니다. SiC는 고온의 전기로에서 실리카를 탄소와 결합하여 생산되며, 밴드갭은 3.26eV로 측정되었습니다. 또한 SiC는 실리콘보다 더 높은 온도, 전압, 주파수에서 작동할 수 있습니다.

고출력

실리콘 카바이드 전력 반도체는 전자 기기의 무게와 크기, 비용을 줄이면서 고전력 기능을 제공합니다. 온도 및 전압 내성이 뛰어나 충전 폴, 데이터 센터 및 기타 까다로운 애플리케이션, 특히 전기 자동차(EV)와 관련된 애플리케이션에 적합합니다. 또한 더 빠른 스위칭 기능과 감소된 온 저항으로 실리콘 디바이스보다 더 나은 선택이 될 수 있으며, 특히 부하 전달 용량이 성장의 핵심 동력이 될 미래의 철도 운송 애플리케이션을 고려할 때 매우 중요합니다.

모이사나이트라고도 불리는 탄화규소는 46억 년 전 운석에서 처음 발견되었습니다. 오늘날에는 보석으로 사용하기 위해 지구에서 소량 채굴되지만 대부분 인공적으로 생산되며, 보석 보석에는 질소 또는 인 도펀트를, 보석 생산에는 베릴륨, 붕소 또는 알루미늄 도펀트를 도핑하는 것이 가장 일반적입니다. 실리콘 카바이드는 질소 및 인 도펀트로 n형 도핑이 가능하며, 단단하고 무색인 표면은 다이아몬드 보석처럼 도핑이 자연적으로 발생하는지 인공적으로 생성되는지에 따라 n형과 p형 도핑이 모두 가능한 도펀트를 도핑할 수 있습니다. 실리콘 카바이드는 46억 년 전의 운석에서 모이사나이트 보석처럼 인공적으로도 생산할 수 있습니다! 그런 다음 보석 생산에 사용할 수 있습니다. 그 이후로 대부분의 탄화규소는 인공적으로도 생산할 수 있습니다! 무색의 단단한 물질로 질소나 인을 도핑할 수 있고, 용도에 따라 베릴륨, 붕소, 알루미늄을 p형으로 도핑할 수 있습니다! 탄화규소는 지구의 운석에서 처음 발견되었습니다. 46억 년 전! 46억 년 전! 46억 년 전...

SiC는 실리콘(원자 번호 14)과 탄소(원자 번호 6)로 구성된 혁신적인 화합물로, 강력한 공유 결합으로 결합되어 기존 실리콘보다 3배 더 넓은 매우 넓은 밴드 갭 반도체 특성을 가진 강력한 육각형 구조의 화합물을 형성합니다! 또한 특정 애플리케이션에 적합한 독특한 전기적 특성을 자랑합니다.

저온

실리콘 카바이드는 고온과 전압을 견딜 수 있는 산업용 소재로 전력 반도체에 완벽한 소재입니다. 내구성과 장기간 작동이 가능하기 때문에 더 얇은 웨이퍼를 사용하면 효율성이 향상되고, 신뢰성이 높아 장기 작동과 사용 수명이 길어집니다. 또한 실리콘 카바이드는 열팽창률이 낮고 화학적으로 불활성이라는 장점도 있습니다.

단단하고 부식에 강한 탄화규소는 우수한 연마재로 냉철, 대리석, 화강암과 같은 내화성 재료의 절삭, 전기강 연삭, 카보룬덤 판화(건식 입상 탄화규소를 사용하여 이미지를 인쇄), 카보룬덤 판화 기술 및 카보룬덤 종이 생산에서도 일반적으로 탄화규소 연마 시트를 도구로 사용하며 연마지 제품 제조에 활용되고 있습니다.

천연 모이사나이트는 운석, 커런덤 퇴적물 및 킴벌라이트에서 극소량만 발견될 수 있습니다. 대부분의 상업적으로 이용 가능한 모이사나이트는 용융 실리콘에 탄소를 용해하여 알파 실리콘 카바이드를 형성하고 알루미나와 결합하여 카보룬덤 또는 카보룬덤으로 알려진 b-SiC를 형성함으로써 합성적으로 생산됩니다. 이 안정적인 화합물은 SiC 사면체가 반쯤 채워진 다이아몬드 입방체 구조로, 다른 다이아몬드 결정과 원자 반경이 비슷하고 녹는점이 높아 전도성이 우수합니다.

저전압

실리콘 카바이드 반도체는 효율성, 내구성, 냉각 특성으로 인해 전력 전자 산업에서 널리 채택되고 있습니다. 특히 고속 애플리케이션에 적합한 낮은 턴온 저항과 스위칭 손실 덕분에 기존 실리콘 디바이스보다 높은 온도/전압 환경뿐만 아니라 전력 컨버터, 전기차 충전기, 태양광 인버터, 모터 드라이브 및 모터 컨트롤러에 광범위하게 사용되고 있으며, 특히 고속 애플리케이션에 적합한 낮은 턴온 저항과 스위칭 손실을 자랑합니다.

전력 반도체는 기존 디바이스에 비해 많은 장점을 가지고 있기 때문에 자동차 애플리케이션에서 필수적인 기술이 될 것으로 예상됩니다. 더 넓은 밴드갭을 통해 더 넓은 온도 및 전압 스펙트럼에서 작동할 수 있으며, 에너지 소비와 무게가 줄어듭니다.

SiC는 항복 전압이 높고 스위칭 손실이 큰 IGBT와 바이폴라 트랜지스터를 온저항이 낮아 전력 손실과 발열이 적은 더 빠른 스위칭 디바이스로 대체할 수 있습니다. SiC의 넓은 밴드갭 덕분에 이러한 디바이스는 더 빠르게 스위칭할 수 있으며 온저항이 낮아 발열과 전력 손실을 줄일 수 있습니다.

실리콘 카바이드는 모이사나이트 보석과 같이 극히 희귀한 형태로 발견되는 비정질 천연 소재입니다. 고온의 전기로에서 실리카를 탄소와 반응시켜 생산되는 탄화규소는 카보룬덤 판화와 같은 판화 기법에 카보룬덤 그릿으로 덮인 알루미늄 판을 사용하는 카보룬덤 판화에도 사용할 수 있습니다.

저렴한 비용

실리콘 카바이드 반도체 장치는 컴팩트한 크기와 뛰어난 전기적 성능, 신뢰성, 기존 장치보다 높은 전압 저항 및 온도 내성, 취급 및 설치의 용이성, 작은 크기 등으로 인해 기술 분야 전반에서 관심이 높아지면서 수요가 급격히 증가하고 있습니다.

실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘과 탄소가 강한 공유 결합으로 결합되어 강력한 사면체 공유 결합을 형성하는 파괴되지 않는 육각형 구조의 화합물입니다. SiC는 매우 넓은 밴드 갭을 가지고 있어 전자가 sp3 하이브리드 궤도를 자유롭게 이동할 수 있어 다양한 용도와 이점을 가진 다목적 소재입니다.

탄화규소 반도체는 전기 자동차 및 5G 인프라의 수요 증가로 인해 폭발적인 성장을 경험했으며, 특히 높은 임계 파괴 전압, 낮은 턴온 저항, 전력 밀도 증가가 경이적인 상승의 주요 동력이었습니다.

실리콘 카바이드 반도체는 열 전도성이 뛰어나고 고온 환경을 견딜 수 있어 전력 반도체 소자 제조에 완벽한 소재입니다. 이러한 소자는 고에너지 레이저, 태양 전지 및 광 검출기뿐만 아니라 고온 용광로에서 서미스터/배리스터로 사용될 수 있습니다.