이 원고는 일본《電氣評論》誌에서 번역 전재한 것입니다.100kVA급 SiC 인버터 개발간사이전력㈜_아사노 가츠노리스가와라 요시타카(菅原良孝)개요전기에너지를 제어하는 파워일렉트로닉스(Power Electronics) 기술은 기간산업에서 그 중요성이 증대되어, 파워일렉트로닉스 장치에 이용되는 Si 파워 반도체 소자에 대한 고성능화 요구 또한 더욱 높아지고 있다.특히 지구온난화 문제가 클로즈업되어 그 주요 원인인 CO2 배출을 삭감하기 위한 반도체 소자의 저손실화가 더욱 큰 과제가 되고 있다. 따라서 반도체 소자의 저손실화를 위해 새로운 소자 구조를 적용하는 것으로 Si 반도체 소자의 저손실화 및 고속화를 꾀하고 있다. 그러나 고출력, 저손실, 고주파 특성 등의 문제로 인해, 재료인 Si가 물성 한계에 직면하여 저손실화, 고성능화는 어려운 상황에 처한 상태다. 이 Si 물성 한계를 타파하여 향후에 대응하도록 특성을 개선하기 위해서는 Si에 비교해 우수한 물성치를 가진 와이드 갭 반도체를 이용한 파워 반도체 소자 개발이 중요하다. 와이드 갭 반도체에는 GaN, SiC, 다이아몬드 등이 있는데, 현재는 SiC가 단결정 기판 제작 기술 및 프로세스 기술 등에서 다른 와이드 갭 반도체보다 더욱 선행되고 있어, 파워 반도체로서 SiC가 가장 주목받고 있다. SiC는 Si에 비해 절연파괴 전계가 약 8배~9배 가량 더 크고 반도체 소자의 고내압화·저손실화가 뛰어난 데다, 밴드 갭이 4H-SiC의 경우 3.2eV로 Si보다 약 3배 더 크기 때문에 고온동작이 기대된다. 이러한 물성적인 특징으로 인해 SiC 반도체 소자 개발이 활발히 이루어져 SiC 다이오드는 2001년부터 시판되고 있다. 또한 SiC 반도체 소자와 인버터가 함께 사용되는 효과에 대한 결과도 속속 밝혀지고 있다. 전력변환 장치에 적용 가능한 전류 용량을 가진 고내압 SiC 반도체 소자를 개발하여 인버터에 조합함으로써 SiC 인버터로는 세계 최고 용량을 출력하는 데 성공했다. 고내압 100A급 SiC 파워 반도체 소자1. 반도체 소자 및 모듈 구조개발된 SiCGT(SiC Commutated Gate turn-off Thyristor)의 단면도를 <그림 1>로 나타냈다.

<Energy News>