세계 최초, Trench 구조 채용 SiC-MOSFET 양산 개시!
대폭적인 저 ON 저항화로 산업기기 등 대전력 기기의 소형 · 저소비전력화에 기여

2015년 8월 27일

※2015년 8월 27일 현재 로옴 조사

<개요>

일반적인 싱글 Trench 구조와 로옴의 더블 Trench 구조 비교

로옴 주식회사 (본사 : 교토)는 세계 최초로 Trench 구조를 채용한 SiC-MOSFET를 개발하여 양산 체제를 구축하였습니다. 이미 양산중인 Planar 타입 SiC-MOSFET에 비해 동일 칩 사이즈로 ON 저항이 50% 삭감되어, 태양광 발전용 파워 컨디셔너 및 산업기기용 전원, 공업용 인버터 등, 모든 기기의 전력손실을 대폭 저감할 수 있습니다.
이번에 개발한 SiC-MOSFET는 파워 모듈 및 디스크리트 패키지품으로 제공할 예정이며, 현재 파워 모듈 제품의 양산 체제를 구축하였습니다. 생산 거점은 전공정 로옴 아폴로 주식회사 (후쿠오카), 후공정 로옴 본사 공장 (교토)입니다. 또한, 향후 제품 라인업을 순차적으로 확대해 나갈 예정입니다.

<배경>

전세계적으로 전력 공급 문제에 대한 대응이 요구되는 오늘날, 발전된 전력의 효율적인 수송 및 이용 등 전력 변환이 주목을 받고 있습니다. 이러한 전력 변환 시의 손실을 극적으로 감소시키는 디바이스로서 기대를 모으고 있는 것이 바로 SiC 파워 디바이스입니다. 로옴은 2010년에 SiC MOSFET의 양산화에 성공하는 등, 업계를 리드하는 제품을 개발하고, 전력 손실 저감을 실현할 수 있는 디바이스 개발을 추진해왔습니다.

교토대학 공학연구과 전자공학 전공 Tsunenobu Kimoto 교수
「로옴은 이론적 성능 한계에 가까워지고 있는 Si (실리콘) 재료에 대해, 고내압, 저손실 (고효율) 실현이 가능한 SiC (실리콘 카바이드 : 탄화규소) 재료를 사용한 SiC 파워 디바이스에 일찍이 주목하여, 세계를 리드하는 개발과 양산을 추진하고 있습니다.
이번에 SiC의 특성을 최대한으로 발휘시킬 수 있는 Trench 구조를 채용한 SiC-MOSFET의 양산화에 세계 최초로 성공했다는 점은 매우 의의가 있으며, 획기적인 업적이라 할 수 있습니다. 본 SiC-MOSFET는 매우 우수한 저손실 특성과 고속 스위칭 특성을 겸비한 최고 성능의 파워 트랜지스터입니다. 전력 변환 시의 효율을 높여, 낭비 없이 전기를 사용하는 본 제품의 양산을 통해, 태양광 발전용 파워 컨디셔너 및 산업기기용 전원 등 모든 기기의 저전력화, 소형 · 경량화에 기여할 것입니다.」

<특징>

1. Trench 구조 채용으로, 저 ON 저항 디바이스 실현

SiC-MOSFET Planar 구조와 Trench 구조의 성능 비교

지금까지 SiC-MOSFET의 Trench 구조 채용은 ON 저항 저감에 유효하다는 이유에서 주목받고 있었으나, 디바이스의 장기적 신뢰성 확보를 위해 게이트 Trench 부분에 발생하는 전계를 완화하는 구조를 확립할 필요가 있었습니다.
이번에 로옴은 독자적인 구조의 채용을 통해 이러한 과제를 극복하여, 세계 최초로 Trench 구조를 채용한 SiC-MOSFET의 양산에 성공하였습니다. 이미 양산중인 Planar 타입 SiC-MOSFET에 비해, ON 저항을 약 50% 저감하고, 스위칭 성능 (입력용량 약 35% 저감) 향상을 실현하였습니다.

2. Full SiC 파워 모듈 전개

스위칭 손실 비교 그래프 (IGBT Module vs Planar MOSFET vs Trench MOSFET)

이번에 개발한 Trench 구조 SiC-MOSFET를 사용한 Full SiC 파워 모듈을 개발하였습니다.
내부 회로는 2 in 1 구조로 SiC-MOSFET 및 SiC-SBD를 사용한 1200V / 180A 정격의 제품입니다.
동등한 레벨의 전류정격인 Si-IGBT 모듈 제품에 비해 스위칭 손실을 저감했을뿐만 아니라, Planar 타입 SiC-MOSFET를 사용한 Full SiC 모듈에 비해서도 스위칭 손실을 약 42% 저감하였습니다.

<라인업>

・Full SiC 파워 모듈

SiC-SBD, SiC-MOSFET를 사용한 Full SiC 모듈

・디스크리트

650V, 1200V 정격의 제품을 각 3가지씩 순차 전개할 예정입니다.
정격전류는 118A (650V), 95A (1200V)까지의 제품을 전개합니다.

<용어 설명>

  • MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor의 약자)
    금속 – 산화물 – 반도체 전계 효과 트랜지스터를 뜻하며, FET 중에서는 가장 일반적으로 사용되는 구조.
    스위칭 소자로서 사용된다.
  • Trench 구조
    Trench는 도랑을 의미한다. 칩 표면에 홈을 형성하여, 그 측벽에 MOSFET의 게이트를 형성한 구조이다. Planar 타입 MOSFET에 구조상 존재하는 JFET 저항이 존재하지 않으므로, Planar 구조보다 미세화가 가능하여 SiC 재료 본래의 성능에 가까운 ON 저항을 기대할 수 있다.

<관련 정보>