GaN 파워 디바이스란?

GaN (Gallium Nitride : 질화 갈륨)은 화합물 반도체의 일종으로, 이러한 GaN을 사용한 트랜지스터가 GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor : 고전자 이동도 트랜지스터)라고 하는 파워 디바이스입니다.
현재, 반도체 재료로서 주로 사용되는 Si (Silicon : 규소)에 비해 도통 손실이 적고 (낮은 ON 저항), 고속 스위칭 성능이 우수하여, 전력 변환 효율의 향상이나 소형화의 시장 요구에 대응하는 파워 디바이스입니다.
SiC (Silicon Carbide : 탄화 규소) 파워 디바이스는 고내압 영역에서 고효율 동작이 가능한 반면, GaN HEMT의 경우 중내압 영역의 고주파 영역에서 채용이 추진되고 있습니다.
또한, GaN HEMT의 성능을 최대화시키기 위해 GaN HEMT와 게이트 드라이버 IC를 1개의 패키지에 탑재한 파워 스테이지 IC가 개발되었으며, 컨트롤 IC를 1개의 패키지에 탑재한 제품도 검토되고 있습니다.
용도로는 통신 기지국 및 데이터 센터용 서버 전원, 산업기기 모터, AC 어댑터 등 다양한 어플리케이션에 사용되고 있습니다.

Si / GaN / SiC 트랜지스터의 사용 구분

파워 디바이스는 사용하는 재료 (Si / GaN / SiC), 소자 구조에 따라 장점을 발휘할 수 있는 전력 용량 · 동작 주파수대가 달라집니다.
반도체 디바이스의 주재료로서 Si가 사용되어 왔지만, 고주파 동작이나 대전력에 대한 시장 요구에 따라 GaN 및 SiC가 주목을 받고 있습니다.
GaN과 SiC의 경우, 밴드갭이 Si보다 크고, 내압, 열 전도율, 전자 이동도가 우수하여, 반도체 재료에 요구되는 고온, 대전류, 고전압, 고주파 환경에서도 동작이 가능합니다.
또한, SiC MOSFET가 고전압 영역, 대전류 환경에서 우수한 특성을 발휘하는 반면, GaN HEMT는 중내압 영역에서 우수한 절연 파괴 강도 및 전자 이동도 특성이 있어, 낮은 ON 저항 및 고속 스위칭 (고주파 동작)이 가능합니다.
이에 따라, GaN HEMT는 중내압 영역의 고주파 영역에서 채용이 추진되고 있습니다.

어플리케이션의 소형화

GaN HEMT의 고속 스위칭 성능에 따라, 코일이나 트랜스 등의 전원 회로 및 모터 회로에서 사용되는 큰 사이즈의 부품을 소형 사이즈로 대체할 수 있게 되어, 전원의 소형화와 경량화에 크게 기여합니다.
예를 들어 GaN HEMT를 탑재한 AC 어댑터는 Si MOSFET를 탑재한 경우에 비해 소형화가 가능합니다.