• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.46-46
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• 2011

본 논문에서는 전세계적으로 차세대 화합물반도체 플랫폼으로 각광을 받고 있는 GaN 전력소자의 연구개발 동향에 관하여 발표하고자 한다. GaN 반도체는 와이드 밴드갭(Eg=3.4eV)과 고온 안정성($700^{\circ}C$)등 재료적인 특징으로 인하여 고출력 RF 전력증폭기와 고전력용 전력반도체 응용에 큰 장점을 가진다. 전반부에서는 미국, 유럽을 중심으로 한 대형 국책 연구프로젝트등 RF 전력증폭기 연구개발 동향을, 후반부에서는 일본, 미국, 유럽에서 급속도로 진행되는 전력반도체 연구개발 동향에 관하여 알아본다. 이러한 총체적인 동향 분석을 통하여 차세대 반도체의 신시장 개척과 선진입을 위한 GaN 반도체의 연구개발 방향과 상용화의 중요성을 함께 생각해보고자 한다.

• 전자통신동향분석
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• 제29권6호
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• pp.53-62
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• 2014

본고는 최근 화두가 되고 있는 에너지 절감을 위해 고효율, 친환경의 WBG(Wide Band-Gap) 화합물반도체인 SiC(Silicon Carbide), GaN(Gallium Nitride) 전력반도체 소자 및 전력변환 모듈의 기술동향과 ETRI에서 연구개발 진행 중인 GaN 전력반도체 관련 기술에 대해 기술한다. WBG 전력반도체는 기존의 실리콘 전력반도체와 비교하여 열 특성 향상, 고속 스위칭, 고전압/고전류 특성 및 스위칭 손실 최소화 등이 가능하고 이에 따른 시스템의 소형화 및 전력효율 향상 효과를 얻을 수 있다. 특히, GaN 전력반도체 소자는 시장이 가장 넓게 형성되어 있는 900V 이하에 적용이 가능하며, 앞으로 시장이 커질 것으로 예상되는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)/EV(Electric Vehicle)의 친환경 자동차에도 활용될 것으로 기대되고 있다. 본고는 최근의 일본과 미국에서의 WBG 전력반도체에 대한 관심 및 투자 방향과 GaN 전력반도체 소자에 대한 해외 기업의 업계동향에 대해서도 함께 살펴본다. 이러한 WBG 전력반도체에 대한 해외 선진업체의 산업동향과 더불어 ETRI에서 연구개발 중인 GaN 전력반도체 기술현황에 대해 전력소자 설계 및 제조공정, 패키징, 전력모듈 설계 제작 기술을 포함하여 기술한다.

• 전자통신동향분석
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• 제31권6호
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• pp.1-12
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• 2016

GaN 전력반도체는 와이드 밴드갭(Eg=3.4eV)과 높은 이동도 및 낮은 온-저항 특성으로 인하여 차세대 고속/저손실 고효율 전력반도체 소자로서 각광을 받고 있다. 그럼에도 불구하고 글로벌 GaN 전력반도체 기술개발과 상용화는 초기단계로 선진업체 캐치업과 추월이 가능한 분야이다. GaN 반도체의 재료적 장점과 현재 상용화된 200V 이하급과 650V급 GaN 전력반도체 소자의 글로벌 시장동향으로 볼 때 고속 스위칭과 전력모듈 소형화 및 시스템의 고효율화를 요구하는 제품응용에 특화해야할 것으로 판단된다. 특히 기존 Si 전력반도체 대비 고성능 GaN 제품의 저가격화뿐만 아니라 선진기업과의 경쟁력 확보를 위하여 6인치 기반 Au-free CMOS 호환 공정 개발을 통한 GaN 전력반도체 기술의 국산화와 신시장 선점을 위한 조기 상용화의 중요성을 강조하고자 한다.

• 전자공학회지
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• 제37권8호
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• pp.31-40
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• 2010

1947년 트랜지스터의 발명을 시작으로 사이리스터, MOSFET 및 IGBT 등의 전력반도체 소자가 개발되면서 산업, 가전 및 통신 등의 다양한 분야에서 실리콘 기반의 전력반도체 소자가 활용되고 있다. 개발 당시에는 10A/수백V 정도의 전류통전능력 및 전압저지능력을 가지고 있었지만, 현재에는 8000A/12kV급의 대용량 소자까지 생산되고 있다. 이러한 전력반도제 소자는 다양한 응용분야에 서 높은 전압 저지능력, 큰 전류 통전 능력 및 빠른 스위칭 특성을 요구하고 있다. 특히 최근의 전력변환장치들은 고온동작특성 및 고효율화에 대한 요구가 더욱 강조되고 있다. 일반적인 실리콘 전력반도체소자는 물질적인 특성한계로 고온에 서의 동작 시 소자 특성이 떨어지는 특징을 보이고 있어 고온 환경에 적합한 전력반도체 소자의 필요성이 증가되어 실리콘에 비해 밴드�b이 넓은 SiC 및 GaN 등의 wide bandgap 반도체 물질의 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 SiC는 단결정 성장을 통한 웨이퍼화가 용이하고 소자 제작공정이 기존 실리콘공정과 유사하여 많은 연구가 진행되었으며 일부 소자에서 상용화가 진행되었다. 본고에서는 현재 활발히 진행되고 있는 탄화규소 전력반도체소자의 기술동향에 대해 소개하고자 한다.

• 전력전자학회지
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• 제14권1호
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• pp.21-25
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• 2009

전력반도체소자는 1947년 트랜지스터의 출현으로 반도체시대가 도래한 이후 사이리스터, MOSFET 및 IGBT 등으로 발전하였다. 개발당시에는 10A 정도의 전류처리 능력과 수백V 정도의 진압저지능력을 가지고 있었지만, 현재에는 정격전류로는 약 8,000A, 정격전압으로는 무려 12kV 급까지 발전되었다. 그러나 전력반도체 소자의 대부분은 실리콘을 윈료로 제작되고 있으며 현재 실리콘의 물성적 한계에 직면하여 고전압, 저손실 및 고속 스위칭화에 대한 새로운 도전이 시작되고 있다. SiC 전력용 반도체는 실리콘 반도체의 이론적 물성한계를 극복할 수 있는 소재로서 80년대 이후 각광받아 왔다. 하지만 대구경의 단결정 웨이퍼 및 저결함의 에피박막의 부재로 90년대 중반까지는 가능성 있는 재료로서만 연구되었다. 90년대 중반 단결정 웨이퍼가 상용화된 이후 단결정 웨이퍼의 대구경화 및 저결함화가 급속히 진전되어 전력용 반도체 소자의 개발도 활기를 띄게 되었다. 본 기고에서는 탄화규소 반도체소자의 기술동향에 대해 소개하고자 한다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2009년도 춘계학술대회
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• pp.845-848
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• 2009

전력용반도체(Power Management IC)는 전력의 변환이나 제어용으로 최적화되어 있는 전력장치용 반도체 소자로서 전자기기에 들어오는 전력을 그 전자기기에 맞게 변경하는 역할을 하며, 일반 반도체에 비해서 고내압화, 큰 전류화, 고주파수화 되어 있다. 전력용반도체는 전기가 쓰이는 제품에는 다 들어가며, 자동차, 공업제품, 컴퓨터와 주변기기, 통신, 가전제품, 모바일 기술, 대체 에너지 등에 대한 수요 증가가 시장의 성장을 촉진한다. 전력용반도체 개발을 통해 대일무역적자 해소 기여, 취약한 비메모리 산업의 육성을 통한 반도체산업의 균형발전, 신성장동력 창출을 통한 미래 경제발전을 도모할 수 있다. 본 고에서는 반도체 부문의 미래 유망품목인 전력용반도체의 필요성 및 중요성, 시장현황 및 전망을 중심으로 살펴보고 결론에서 정책적 시사점을 도출하고자 한다.

• 전기의세계
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• 제42권3호
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• pp.28-36
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• 1993

전력용 반도체 소자는 과거 전력 다이오드, 바이플라 전력 트랜지스터 및 사이리스터 중심의 시장구성이 80년대에 들어와 전력 MOSFET와 IGBT의 지속적인 기술 발전에 힘입어 92년 전력용 반도체소자 전체 시장 45억불의 53%에 해당하는 24억불을 전력 MOSET, IGBT, 바이플라 전력 트랜지스터가 시장을 구성하고 있으며 연간 10% 이내의 지속적인 성장이 예고되고 있다. 또한 전력 MOSFET, IGB는 개별 전력소자로서의 역할뿐만 아니라 논리회로 혹은 고성능 아나로그회로와 동일 칩상에서 모노리틱 형태로 집적화되는 스마트 전력 집적회로의 출현에 중요한 영향을 미쳤으며 스마트 전력 집적회로로의 출력단 소자에 응용되어 파워부하의 구동 및 제어의 기능을 하고 있다. 이러한 전력용 반도체소자의 기술발전은 전력 전자 산업의 핵심 반도체소자로써 전력전자 시스템, 각종 전자기기 및 가전제품에 응용되어 이들 응용제품 및 시스템의 고급화, 지능화, 소형경량화에 크게 기여하고 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.105-105
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• 2012

본 논문에서는 전세계적으로 차세대 에너지절감 반도체로 각광을 받고 있는 GaN 소자의 연구개발 동향에 관하여 발표하고자 한다. GaN 반도체는 와이드 밴드갭(Eg=3.4eV)과 고온 안정성($700^{\circ}C$)등 재료적인 특징으로 인하여 고출력 RF 전력증폭기와 고전력용 전력반도체 응용에 큰 장점을 가진다. 고출력용 GaN RF 전력증폭 소자의 전력밀도는 기존 Si-기반 LDMOS 트랜지스터보다 10배 이상 높아 제품의 소형화와 경량화를 통하여 30% 이상의 전력절감이 가능하며, 레이더, 위성등 송수신 트랜시버 모듈에 GaN 전력증폭기를 이용할 경우 기존 GaAs-기반 전력증폭기에 비하여 높은 전력밀도(>x8)와 높은 효율(>20%)로 인하여 모듈 크기를 50% 이상 줄임과 동시에 경량화를 이룰 수 있어 비행기, 위성등 탑재체의 에너지 절감에 크게 기여할 수 있다. 고전력용 GaN 전력 스위칭 소자는 기존 Si-기반 IGBT에 비하여 스위칭 손실과 온-저항 손실이 낮아 30% 이상의 에너지 절감이 가능하다. 뿐만 아니라, 일본 도요타 자동차사의 보고에 의하면 HEV등 전기자동차의 DC-DC 부스터 컨버터나 DC-AC 인버터에 GaN 전력반도체를 적용할 경우 경량화, 변환효율 향상, 전용 냉각시스템을 제거할 수 있어 연료소모를 10% 이상 줄일 수 있어 연간 400불 이상의 에너지 절감 효과를 가진다. 이러한 에너지절감 효과는 미국, 유럽, 일본등 선진국을 중심으로 차세대 GaN 반도체의 신시장 개척과 선진입을 위한 치열한 경쟁 구도의 구동력이 될 것이며, 본 논문을 통하여 GaN 반도체의 연구개발 방향과 상용화의 중요성을 함께 생각해보고자 한다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2019년도 전력전자학술대회
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• pp.368-369
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• 2019

최근 친환경 자동차로의 적용을 위한 차량용 전력반도체에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 전압, 전류 등의 기본 성능사양은 선진사(社)의 동등 혹은 유사 수준에 도달하였음에도 아직 수명 내구성과 같은 신뢰성 측면에서는 미비한 실정이다. 이에 본 논문에서는 대용량 전력반도체 모듈의 신뢰성 평가 항목 중 하나인 파워 사이클 시험평가를 위한 파워 사이클러 개발에 대해 논한다. 본 기술개발을 통해 개발된 파워사이클러는 기존 고가의 외산 파워 사이클러를 도입하거나 해외 평가기관을 활용해야 했던 국내 전력반도체 모듈 개발업체의 지원이 가능하며, 또한 국산화 개발을 통해 전력반도체 모듈 개발업체의 요구사항을 충분히 반영할 수 있는 맞춤형 파워사이클러 개발이 가능하다. 개발된 장비를 활용하여 전기차용 전력 모듈에 대한 파워사이클 평가를 진행하며, 그 타당성을 검증한다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.129-130
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• 2016

본 논문은 1kW급 통신용 전원장치에 가장 많이 사용되는 위상천이 풀브리지 컨버터를 고주파 스위칭 주파수별 동작분석 및 최적 설계에 관한 연구 결과를 발표한다. 이 연구는 100kHz/Si전력반도체, 100kHz/GaN전력반도체, 500kHz/Si전력반도체, 500kHz/GaN전력반도체 4가지 방식의 위상천이 풀브리지 컨버터를 각 조건에서 최적 설계를 하고 그 실험 결과를 추출하여 성능을 비교함으로써 고주파 최적 설계 방법과 GaN전력반도체의 그 우수성을 확인하는 것이다. 일차적으로 이 번 논문에서는 100kHz/Si전력반도체 조건에서 위상천이 풀브리지 컨버터의 최적 설계 과정과 그 실험 결과를 발표한다.