SiC 파워 디바이스란? SiC SBD
1. 디바이스 구조와 특징
SiC는 고속 디바이스 구조인 SBD (쇼트키 배리어 다이오드) 구조로 600V 이상의 고내압 다이오드를 실현할 수 있습니다. (Si SBD는 200V정도까지)
따라서, 현재 주류를 이루고 있는 고속 PN 접합 다이오드 (FRD : 패스트 리커버리 다이오드) 대신 사용함으로써 리커버리 손실을 대폭 삭감할 수 있습니다.
전원의 고효율화 및 고주파 구동에 의한 코일 등 수동부품의 소형화, 노이즈 저감에 기여합니다. 역률 개선 회로 (PFC 회로) 및 정류 브릿지를 중심으로 에어컨, 전원, 태양광 발전 파워 컨디셔너, EV 급속 충전기 등에 응용이 확대되고 있습니다.
2. SiC-SBD의 순방향 특성
SiC-SBD의 turn-on 전압은 약 1V로 Si-FRD와 동등합니다.
Turn-on 전압은 쇼트키 장벽의 배리어 높이에 따라 결정되며, 통상적으로 배리어 높이를 낮게 설계하면 turn-on 전압은 낮아지는 반면, 역바이어스 시의 리크 전류가 증가한다는 트레이드 오프 관계에 있습니다.
로옴의 제2세대 SBD는 프로세스를 고안함으로써, 리크 전류 및 리커버리 성능을 기존품과 동등하게 유지하면서 turn-on 전압을 약 0.15V 저감하는데 성공하였습니다.
온도 의존성은 Si-FRD와 달리, 고온일수록 동작 저항의 증가에 따라 Vf가 증가합니다.
열폭주가 발생하기 어려운 경향이 있으므로 안심하고 병렬 접속으로 사용할 수 있습니다.
3. SiC-SBD의 리커버리 특성
Si의 고속 PN 다이오드 (FRD : 패스트 리커버리 다이오드)는 순방향에서 역방향으로 전환되는 순간에 큰 과도 전류가 흘러, 이 기간에 역바이어스 상태로 이행함으로써 큰 손실을 발생시키게 됩니다.
이는 순방향 통전 시에 드리프트층 내에 축적된 소수 캐리어가 소멸되기까지의 기간 (축적 시간) 전기 전도에 기여하기 때문입니다.
순방향 전류가 클수록, 또한 온도가 높을수록 리커버리 시간 및 리커버리 전류가 커지므로 손실이 많아집니다.
한편, SiC-SBD는 소수 캐리어를 전기 전도에 사용하지 않는 다수 캐리어 디바이스 (유니폴라 디바이스)이므로 원리적으로 소수 캐리어의 축적이 발생하지 않습니다. 접합 용량을 방전할 정도의 작은 전류만 흐르므로 Si-FRD에 비해 손실을 대폭 삭감할 수 있습니다.
이러한 과도 전류는 온도 및 순방향 전류에 거의 의존하지 않으므로, 어떠한 환경에서도 안정된 고속 리커버리를 실현할 수 있습니다.
또한, 리커버리 전류에 기인하여 발생하는 노이즈 삭감도 기대할 수 있습니다.
