본문내용
1. 화합물 반도체 개요
1.1. 화합물 반도체의 정의 및 종류
화합물 반도체는 결정이 두 종류 이상의 원소 화합물로 구성되어 있는 반도체이다. 갈륨-비소(GaAs), 인듐-인(InP), 갈륨-인(GaP) 등의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, 황화카드뮴(CdS), 텔루르화 아연(ZnTe) 등의 Ⅱ-Ⅵ족, 황화연(PbS) 등의 Ⅳ-Ⅵ족 화합물 반도체가 있다. 실리콘이나 게르마늄 같은 단체(單體) 반도체와는 달리, 화합물 반도체는 발광소자(전류를 흘리면 빛이 나는 소자)를 만들 수 있으며, 레이저도 만들 수 있다. 또 전자 이동도가 커서, 화합물 반도체로 만든 트랜지스터는 실리콘으로 만든 것보다도 몇 배나 신속히 동작한다.
1.2. 화합물 반도체의 특성 및 장점
화합물 반도체의 특성 및 장점은 다음과 같다.
실리콘이나 게르마늄 같은 단체(單體) 반도체와는 달리, 화합물 반도체는 발광소자(전류를 흘리면 빛이 나는 소자)를 만들 수 있으며, 레이저도 만들 수 있다. 또 전자 이동도가 커서, 화합물 반도체로 만든 트랜지스터는 실리콘으로 만든 것보다도 몇 배나 신속히 동작한다. 이처럼 화합물 반도체는 뛰어난 특성을 갖고 있어, 최근 주목을 받고 있다. 화합물 반도체는 발광 다이오드로서 램프, 카메라, 계측기 등에 사용되는 외에, 레이저 다이오드, 수광소자(受光素子), 태양전지, 마이크로파 소자, 홀소자, 고속 IC 등에 사용되고 있다. 앞으로도 DAD(디지털 오디오 디스크)용 레이저 다이오드와 태양전지, 마이크로파 소자, 고속 IC 등을 중심으로 연간 20~30%의 수요 신장이 기대되고 있다."
2. 파워 반도체로서의 화합물 반도체
2.1. SiC 파워 반도체
2.1.1. SiC의 물성 및 특성
SiC는 밴드 갭이 Si의 2-3배인 3.3eV로 매우 넓은 밴드 갭을 가지고 있다. 이 때문에 절연파괴전계가 약 10배 크고, 포화 전자 속도가 약 2배, 열전도도가 약 3배 높다. 따라서 SiC 파워 디바이스는 통전 상태에서의 저항 값이 Si 디바이스보다 2자리 수만큼 낮게 설계할 수 있다.
또한 SiC는 작동 온도 상한이 500~600℃로 높고 열전도도가 높아 냉각이 용이하다. 따라서 전력 변환 시 발생하는 열로 인한 문제가 적어 고온 환경에서 사용하기에 유리하다. 이는 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 및 배터리 전기 자동차 등에 사용되는 인버터를 소형화하고 저 손실화할 수 있게 한다.
SiC의 높은 내압과 전류 밀도 특성은 송배전용 또는 분산 전원용 전력 소자에 적용할 수 있게 하여 전력 변환 시의 손실을 크게 줄일 수 있다. 특히 스마트그리드 구축을 위해 필요한 초고압 디바이스 개발에 SiC가 활용될 수 있다.
이처럼 SiC는 Si 대비 우수한 물성으로 인해 파워 디바이스 분야에서 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다.
2.1.2. SiC 파워 디바이스의 장점
SiC 파워 디바이스의 장점은 다음과 같다.
첫째, SiC 디바이스는 실리콘(Si) 대비 절연파괴전계가 한 자리 수 크기 때문에 두께를 1/10로 줄일 수 있다. 이에 따라 디바이스 동작 시 발생하는 열에 의한 온저항이 2-3자리수 작게 나타난다.
둘째, SiC는 실리콘보다 밴드갭이 약 3배 큰데, 이로 인해 고온에서도 열적으로 여기된 캐리어 수가 작아 특성이 안정적이다. 실온과 동등한 동작특성을 기대할 수 있으며, 전류밀도를 크게 할 수 있어 소형화가 가능하다.
셋째, SiC의 열전도율이 금속구리와 같을 정도로 크기 때문에 열 방산이 용이하다. 따라서 공냉만으로도 충분한 냉각이 가능해 기기의 간소화와 소형화가 가능하다.
넷째, SiC 디바이스는 스위칭 속도가 빠르고 온저항이 낮아 통전손실과 스위칭 손실이 적다. 이를 통해 전력 변환 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
다섯째, Si...
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