서론: 질화갈륨(GaN)과 탄화규소(SiC)는 3세대 반도체로서 탁월한 물성치를 지니고 있어 전력 전자 기기의 성능 향상 가능성을 크게 높여줍니다. 전원 공급 시스템의 가장 기본적인 반도체 부품인 SiC 전력 소자는 전기 자동차, 고속철도, 태양광 및 풍력 에너지 계통 연계, UPS(무정전 전원 공급 장치), 전자기 방출 등 광범위한 군사 및 민간 응용 분야에서 전력 및 에너지 효율을 크게 향상시켜 신에너지 시장의 새로운 강자로 자리매김하고 있습니다.    
           

시작 전 채팅

3세대 저전력 소자의 중요성은 출력 증대, 효율 향상, 소형화에 있으며, 이는 결코 간과할 수 없는 부분입니다. 국가적으로 반도체 분야에 대한 관심이 점차 높아지고 있으며, 자본 시장에서도 주목이 커지고 있습니다. 특히 현재 진행 중인 미중 무역 전쟁 속에서 전력 소자의 자립 생산의 중요성은 더욱 부각되고 있습니다. 마치 게임에서 필수 장비처럼, 굿즈를 제작하는 데 있어 전력 소자는 절대 빼놓을 수 없는 요소입니다. 최근 국내에서도 3세대 저전력 소자 분야에서 활발한 움직임을 보이는 기업들이 등장하고 있으며, 그중에서도 파인지에(Pinejie)는 우수한 성능의 탄화규소 전력 소자를 생산하고 있습니다.  
이제 SiC의 뛰어난 성능을 뒷받침하는 여러 측면에 대해 공식적으로 이야기해 보겠습니다.  
           

전력 장치의 손실 값

전력 장치의 성능을 나타내는 중요한 지표는 다름 아닌 총 손실이며, 이는 두 부분으로 구성됩니다. 하나는...전도 손실(전도 손실) 하나는스위칭 손실(스위칭 손실). 다시 말해, 손실이 낮을수록 효율이 높아지고, 결과적으로 크기가 작아지고 효율이 향상되며 무게가 가벼워져 현대 응용 분야의 요구 사항에 더욱 적합해집니다. 예를 들어, 테슬라 모델 3의 가격을 약 250,000만 달러까지 낮출 수 있었던 중요한 이유 중 하나는 SiC 솔루션을 사용하여 배터리 성능을 향상시키고 크기와 무게를 줄임으로써 다른 비용을 절감했기 때문입니다.

애플리케이션 공급업체와 투자자들이 전력 반도체 소자와 주요 파라미터들이 업계에서 어떻게 비교 및 ​​평가되는지 이해할 수 있도록, 각 회사의 SiC MOSFET 소자 제품에 대한 기술적 장단점을 아래에서 간략하게 비교 분석하겠습니다.  
           

                           派恩杰参数领先

이전 세대의 전력 전자 응용 분야에서는 스위칭 주파수가 낮아 전도 손실이 주요한 역할을 했습니다. 이 산업의 창시자이자 미국 국립과학원 회원인 한 학술위원은 다음과 같이 말했습니다.자얀트 B. 발리가 교수(이하 바센이라 함) 전력 소자의 전도 손실을 평가하는 품질 계수가 1989년 일찍이 제안되었다.

(참조 [i]), ε는 반도체 재료의 유전 상수이고, μ는 전자 이동도입니다.E_C항복 전기장(BFM)은 절연 파괴 전기장입니다. 바션의 공식에 따르면, 실리콘 소재의 BFM을 1로 잡으면 SiC 소재의 BFM은 231입니다. 여기서 중요한 점은 무엇일까요? 이는 동일한 고전압을 사용하는 다중 서브 전력 소자(MOSFET, 쇼트키 다이오드 등)를 만들 때 SiC 소재의 온 저항이 실리콘 소재보다 230배 작다는 것을 보여줍니다! 즉, 동일한 전류에서 SiC 소자의 전도 손실이 실리콘 소자보다 230배 작다는 뜻입니다! 실리콘에 대한 GaN의 정규화된 BFM은 2097이고, Ga2O3는 6170입니다! 쉽게 말해서, 바션은 이미 1980년대에 이를 예측했습니다.전력 반도체의 미래는 광대역 밴드갭 반도체가 주도해야 합니다.!
 

 

사진 i
 
 

자얀트 B. 발리가   
지난 20년간 전력 전자 기술의 발전으로 스위치의 스위칭 주파수를 높이면 회로 내 커패시터, 인덕터 등의 수동 소자 사용량을 줄이고 시스템의 부피와 무게를 감소시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 그러나 시스템 주파수가 증가함에 따라 전력 소자의 스위칭 손실이 점점 커지고, 필요한 냉각 시스템의 비용과 부피 또한 그에 따라 증가하여 주파수를 더 높여도 시스템 최적화에 큰 도움이 되지 않는다는 결론에 이르게 됩니다. 또 다른 저명한 교수는,알렉스 Q. 황2004년에 소자의 전도 손실과 스위칭 손실을 종합적으로 평가하는 품질 계수를 제안했습니다.

([ii] 참조), 여기서 R은_DS,에소자의 온 저항은 전도 손실 Q에 비례합니다._gd이는 소자의 게이트-드레인 밀러 커패시턴스에 저장된 전하량이며 스위칭 손실에 비례합니다. 동시에, R 때문에_DS,에장치 면적에 반비례하는 Q_gd이 제품은 기기 면적에 비례하여 기기 면적(또는 비용)의 영향을 상쇄함으로써 고주파 작동 시 기기의 전체 손실 수준을 보여줍니다. 쉽게 말해 HDFM 품질 계수가 작을수록 기기의 전체적인 품질이 더 좋습니다.손실이 작을수록 효율이 높아진다 !
 
 

알렉스 Q. 황  
이 방법을 사용하여 시중 주요 SiC MOSFET 공급업체의 제품 성능을 비교해 보겠습니다.
     

공장	인피니언	이탈리아 법	코리	로마	파인제이	국내 브랜드
유래	유럽	유럽	USA	Japan	China	China
기술 플랫폼	1세대 트렌치	2세대 비행기	3세대 비행기	3세대 트렌치	3세대 비행기	아니요? 세대 비행기
도로, (m?)	90	60	75	80	80	80
Qgd(nC)	5	35	20	25	9.3	54
	21.2	45.8	38.7	44.7	27.3	65.7
정규화된 HDFM	1	2.16	1.83	2.11	1.29	3.10
*위 데이터는 인터넷에서 공개적으로 다운로드할 수 있는 데이터시트에서 가져온 것입니다.

먼저 이 비교표를 통해 결론을 도출해 보겠습니다.평면 MOS 기술 분야에서 국내 브랜드인 Pinejie Semiconductor의 제품은 이미 세계 최고 수준이며, 복잡한 공정을 거치는 트렌치 MOS 기술에 매우 근접해 있습니다!이상적인 상황에서 동일한 애플리케이션 시나리오를 기준으로 인피니언의 최신 CoolSiC 디바이스를 벤치마크로 사용했을 때, 디바이스 전체 전력 소비량이 최소 10W라면, 펜지에의 SiC MOSFET은 12.9W, 케루이 제품은 18.3W, ST마이크로일렉트로닉스와 로옴은 약 21W, 그리고 한 국내 브랜드 제품은 31W의 전력 소비량을 보입니다.

맺음말

운송 수단의 전동화, 새로운 인프라 구축 및 기타 프로젝트에 힘입어 탄화규소(SiC) 소자는 주요 발전소의 전략적 배치에서 핵심적인 역할을 하게 될 것입니다. 테슬라는 ST마이크로일렉트로닉스와 긴밀히 협력하고 있으며, 폭스바겐은 코리(Corey)와 협력하고 있습니다. SiC 전력 소자의 최신 기술과 생산 능력을 확보하는 발전소는 비교할 수 없는 전략적 우위를 점하게 될 것입니다.

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