SiC 파워 디바이스란? SiC 반도체
1. SiC 재료의 물성과 특징
SiC (실리콘 카바이드)는 실리콘 (Si)과 탄소 (C)로 구성된 화합물 반도체 재료입니다.
절연 파괴 전계 강도가 Si의 10배, 밴드갭이 Si의 3배로 매우 우수하며, 디바이스 제작에 필요한 P형, N형의 제어가 넓은 범위에서 가능하므로 Si의 한계를 뛰어넘는 파워 디바이스용 재료로서 기대를 모으고 있습니다.
SiC에는 다양한 Polytype (다형성)이 존재하며, 각각 물성치가 다릅니다.
파워 디바이스용으로는 4H-SiC가 최적입니다.
| Properties | Si | 4H-SiC | GaAs | GaN |
|---|---|---|---|---|
| Crystal Structure | Diamond | Hexagonal | Zincblende | Hexagonal |
| Energy Gap: EG(eV) | 1.12 | 3.26 | 1.43 | 3.5 |
| Electron Mobility: μn(cm2/VS) | 1400 | 900 | 8500 | 1250 |
| Hole Mobility: μp(cm2/VS) | 500 | 100 | 400 | 200 |
| Breakdown Field: EB(V/cm)×106 | 0.3 | 3 | 0.4 | 3 |
| Thermal Conductivity(W/cm°C) | 1.5 | 4.9 | 0.5 | 1.3 |
| Saturation Drift Velocity: vs(cm/s)×107 | 1 | 2.7 | 2 | 2.7 |
| Relative Dielectric Constant: εS | 11.8 | 9.7 | 12.8 | 9.5 |
| p. n Control | ○ | ○ | ○ | △ |
| Thermal Oxide | ○ | ○ | × | × |
2. 파워 디바이스로서의 특징
SiC는 절연 파괴 전계 강도가 Si에 비해 약 10배 높으므로, 600V~수천V의 고내압 파워 디바이스를 Si 디바이스에 비해 높은 불순물 농도 및 박막의 드리프트층에서 제작할 수 있습니다.
고내압 파워 디바이스의 저항 성분의 대부분은 이 드리프트층의 저항이므로, SiC에서는 단위 면적당 ON 저항이 매우 낮은 고내압 디바이스를 실현할 수 있습니다.
이론상 동일한 내압의 경우, Si에 비해 1/300로 면적당 드리프트층 저항을 저감할 수 있습니다.
Si는 고내압화에 따른 ON 저항의 증대를 개선하기 위해 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor : 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터) 등의 소수 캐리어 디바이스 (바이폴라 디바이스)가 주로 사용되었습니다.
SiC는 고속 디바이스 구조인 다수 캐리어 디바이스 (쇼트키 배리어 다이오드 및 MOSFET)에서 고내압을 실현할 수 있으므로 「고내압」「저 ON 저항」「고속」을 동시에 실현할 수 있습니다.
또한, 밴드갭이 Si에 비해 약 3배 넓으므로, 고온에서도 동작 가능한 파워 디바이스를 실현할 수 있습니다.
