실리콘 카바이드의 응용

전기 자동차의 핵심 부품 중 IGBT 기술을 주로 활용하는 자동차용 전력 모듈은 중요한 역할을 합니다. 이러한 모듈은 전기 구동 시스템의 주요 성능을 ​​결정할 뿐만 아니라 모터 인버터 비용의 40% 이상을 차지합니다. 상당한 장점으로 인해탄화규소(SiC)기존의 실리콘(Si) 소재보다 SiC 모듈이 자동차 산업에서 점점 더 많이 채택되고 홍보되고 있습니다. 이제 전기 자동차는 SiC 모듈을 활용하고 있습니다.

신에너지 차량 분야는 광범위한 채택을 위한 중요한 전쟁터가 되고 있습니다.탄화규소(SiC)전원 장치 및 모듈. 주요 반도체 제조업체는 SiC 소재의 상당한 잠재력을 강조하는 SiC MOS 병렬 구성, 3상 풀 브리지 전자 제어 모듈, 자동차 등급 SiC MOS 모듈과 같은 솔루션을 적극적으로 배포하고 있습니다. SiC 소재의 고전력, 고주파수, 고전력 밀도 특성으로 인해 전자 제어 시스템의 크기를 대폭 줄일 수 있습니다. 또한, SiC의 탁월한 고온 특성은 신에너지 자동차 부문에서 상당한 주목을 받아 활발한 개발과 관심을 불러일으키고 있습니다.

현재 가장 일반적인 SiC 기반 장치는 SiC 쇼트키 다이오드(SBD)와 SiC MOSFET입니다. IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)는 MOSFET과 BJT(바이폴라 접합 트랜지스터)의 장점을 결합한 반면,SiC는 3세대 와이드 밴드갭 반도체 소재로 기존 실리콘(Si)에 비해 전반적으로 더 나은 성능을 제공합니다. 그러나 대부분의 논의는 SiC MOSFET에 초점을 맞추고 있는 반면, SiC IGBT는 거의 주목을 받지 못합니다. 이러한 차이는 주로 SiC 기술의 수많은 이점에도 불구하고 시장에서 실리콘 기반 IGBT가 우위를 점하고 있기 때문입니다.

3세대 와이드 밴드갭 반도체 소재가 주목을 받으면서 SiC 장치와 모듈은 다양한 산업 분야에서 IGBT의 잠재적인 대안으로 떠오르고 있습니다. 그럼에도 불구하고 SiC는 IGBT를 완전히 대체하지 못했습니다. 채택의 주요 장벽은 비용입니다. SiC 전력 장치는 실리콘 전력 장치보다 약 6~9배 더 비쌉니다. 현재 주류 SiC 웨이퍼 크기는 6인치이므로 Si 기판의 사전 제조가 필요합니다. 이러한 웨이퍼와 관련된 높은 결함률은 비용 상승에 기여하여 가격 이점을 제한합니다.

SiC IGBT를 개발하기 위해 일부 노력이 이루어졌지만 가격은 일반적으로 대부분의 시장 애플리케이션에 매력적이지 않습니다. 비용이 가장 중요한 산업에서는 SiC의 기술적 이점이 기존 실리콘 장치의 비용 이점만큼 강력하지 않을 수 있습니다. 그러나 가격에 덜 민감한 자동차 산업과 같은 분야에서는 SiC MOSFET 애플리케이션이 더욱 발전했습니다. 그럼에도 불구하고 SiC MOSFET은 실제로 특정 영역에서 Si IGBT에 비해 성능 이점을 제공합니다. 가까운 미래에는 두 기술이 공존할 것으로 예상되지만, 현재 시장 인센티브나 기술 수요가 부족하여 고성능 SiC IGBT의 개발이 제한되고 있습니다.

미래에,탄화규소(SiC)절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)는 주로 전력 전자 변압기(PET)에 구현될 것으로 예상됩니다. PET는 전력 변환 기술 분야, 특히 스마트 그리드 구축, 에너지 인터넷 통합, 분산 재생 에너지 통합 및 전기 기관차 견인 인버터를 포함한 중압 및 고전압 응용 분야에서 매우 중요합니다. 이 제품은 탁월한 제어 가능성, 높은 시스템 호환성 및 우수한 전력 품질 성능으로 널리 인정을 받았습니다.

그러나 기존 PET 기술은 낮은 변환 효율, 전력 밀도 향상의 어려움, 높은 비용, 부적절한 신뢰성 등 여러 가지 문제에 직면해 있습니다. 이러한 문제 중 다수는 전력 반도체 장치의 전압 저항 제한으로 인해 발생하며, 이로 인해 고전압 응용 분야(예: 10kV에 접근하거나 초과하는 응용 분야)에서 복잡한 다단계 직렬 구조를 사용해야 합니다. 이러한 복잡성으로 인해 전력 부품, 에너지 저장 요소 및 인덕터의 수가 증가합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 업계에서는 고성능 반도체 재료, 특히 SiC IGBT의 채택을 적극적으로 조사하고 있습니다. SiC는 3세대 와이드 밴드갭 반도체 소재로서, 현저히 높은 항복전계 강도, 넓은 밴드갭, 빠른 전자 포화 이동 속도, 우수한 열전도율로 인해 고전압, 고주파, 고전력 응용 분야의 요구 사항을 충족합니다. SiC IGBT는 뛰어난 전도 특성, 초고속 스위칭 속도 및 넓은 안전 작동 영역 덕분에 전력 전자 분야의 중전압 및 고전압 범위(10kV 이하를 포함하되 이에 국한되지 않음)에서 이미 뛰어난 성능을 입증했습니다.

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