실리콘 카바이드 재료의 특성

실리콘 카바이드 재료의 특성

SiC(탄화규소)는 실리콘(Si)과 탄소(C)로 구성된 화합물 반도체입니다. Si와 비교했을 때 SiC는 유전 파괴 전계 강도가 10배, 밴드갭이 3배, 열전도도가 3배 높습니다. 반도체 재료에서 소자 구조를 형성하는 데 필요한 p형 및 n형 영역은 SiC에서 형성할 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해 SiC는 Si 대응 제품을 훨씬 능가하는 성능을 가진 전력 소자를 제조하는 데 사용할 수 있는 매우 매력적인 소재가 되었습니다. SiC 소자는 더 높은 파괴 전압을 견딜 수 있고 저항률이 낮으며 더 높은 온도에서 작동할 수 있습니다.

SiC는 3C SiC, 6H SiC, 4H SiC와 같은 폴리타입으로 알려진 다양한 다형성 결정 구조로 존재합니다. 현재 4H SiC는 일반적으로 실제 전력 장치 제조에서 선호되는 선택입니다. 직경이 3인치에서 6인치에 이르는 단결정 4H SiC 칩이 상업적으로 판매됩니다.

전력 장치에서 실리콘 카바이드 재료를 사용하는 이점

유전 파괴 전계 강도는 Si보다 약 10배 더 높습니다. SiC 디바이스는 더 얇은 드리프트 층 및/또는 더 높은 도핑 농도로 만들 수 있으므로 매우 높은 파괴 전압(600V 이상)을 갖고 실리콘 디바이스에 비해 매우 낮은 저항을 갖습니다. 고전압 디바이스의 저항은 주로 드리프트 영역의 폭에 의해 결정됩니다. 이론적으로 동일한 파괴 전압에서 SiC는 드리프트 층의 단위 면적 저항을 Si에 비해 1/300로 줄일 ​​수 있습니다.

고전압 및 고전류 애플리케이션에 가장 인기 있는 실리콘 전력 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)입니다. IGBT를 사용함으로써 높은 항복 전압에서 낮은 저항을 달성했지만 스위칭 성능은 희생되었습니다. 소수의 전하 캐리어가 드리프트 영역에 주입되어 전도 저항이 감소합니다. 트랜지스터가 꺼지면 이러한 캐리어가 재결합하여 "소실"되는 데 시간이 걸리므로 스위칭 손실과 시간이 증가합니다. 반면 MOSFET은 다수 캐리어 소자입니다. SiC의 높은 항복 전계와 캐리어 농도를 활용함으로써 SiC MOSFET은 고전압, 낮은 온 저항, 빠른 스위칭 속도라는 전력 스위치의 세 가지 이상적인 특성을 모두 결합할 수 있습니다.

더 큰 밴드갭은 또한 SiC 디바이스가 더 높은 온도에서 작동할 수 있음을 의미합니다. SiC 디바이스의 현재 보장된 작동 온도는 150도 C에서 175도 C 사이입니다. 이는 주로 패키징의 열적 안정성 때문입니다. 적절하게 패키징된 경우 200도 섭씨 이상의 온도에서 작동할 수 있습니다.

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