로옴(ROHM)이 급성장하고 있는 SiC(실리콘카바이드) 전력 반도체 기술에서 한발 더 나아간다. 로옴 주식회사의 한국지사 로옴세미컨덕터코리아(대표이사 권오주)는 세계 최초로 트렌치(Trench)구조를 채용한 SiC-MOSFET을 개발하여, 양산 체제를 구축했다고 밝혔다.
새로운 트렌치 방식을 적용한 기술이 SiC 전력반도체 시장을 어떻게 바꾸어 놓을까.
로옴(ROHM)이 급성장하고 있는 SiC(실리콘카바이드) 전력 반도체 기술에서 한발 더 나아간다.
로옴 주식회사의 한국지사 로옴세미컨덕터코리아(대표이사 권오주)는 세계 최초로 트렌치(Trench)구조를 채용한 SiC-MOSFET을 개발하여, 양산 체제를 구축했다고 밝혔다.
SiC 시장 2020년까지 25.1% 성장
로옴이 SiC 시장에 공들이는 이유는 엄청난 시장 잠재력에 있다. 시장조사 회사인 Yole에 따르면 SiC 반도체 시장은 2014년 112M(달러)에서 2020년 362M(달러)로 성장할 예정이며 성장률로 따지면, 2018년까지는 19.3%, 다시 2020년까지는 25.1%의 연간 성장률이 전망된다.
이처럼 SiC 전력 반도체의 시장 전망이 밝은 이유는 SiC 특성에 있다. 로옴세미컨덕터코리아의 다나카 히로유키 과장은 SiC의 메리트는 크게 ‘저저항, 고속동작, 고온 동작’이라는 점을 강조했다.
▲로옴의 Trench –MOSFET은 스위칭 손실이 크게 줄어든다.
저저항, 고속동작, 고온 동작 특성
다시 말해, SiC의 높은 절연 파괴 전계 특성으로 낮은 ON 저항을 구현할 수 있어 모듈의 소형화가 가능했고, 넓은 갭(gap)은 고속동작이 결과적으로 주변 부품의 소형화를, 또한 고온에서 동작하기 때문에 냉각 기구를 간소하게 구성할 수 있다는 설명이다.
다나카 과장은 “SiC MOSFET의 장점은 고내압 디바이스로서 널리 사용되고 있는 Si IGBT에 비해 낮은 스위칭 손실을 가져와 에너지 손실과 함께 구동 주파수를 상승시킴으로써 기기의 소형화가 가능하다”고 말했다.
로옴은 기존의 SiC MOSFET(Planar) 구조에 만족하지 않고, 효율을 대폭 개선한 3세대 기술인 SiC 트렌치(Trench) MOSFET 기술을 개발했다. 지금까지 SiC MOSFET에서의 Trench 구조 채용은 ON 저항을 대폭 낮출 수 있다는 점에서 주목받아 왔으나, 게이트 트렌치(Gate Trench) 부분에서 발생하는 전계를 완화하고 장기적인 신뢰성을 확보하는 것이 과제였다. 로옴이 이러한 과제를 해결하기 위해 제시한 방법이 독자적인 더블 Trench 구조를 적용한 것이다.
▲ 로옴의 더블 Trench 구조(오른쪽)와 싱글 Trench 구조 비교
기존의 싱글 트렌치 구조에서 연구 개발이 추진되고 있지만 양산화를 실현하기 위해서 디바이스의 신뢰성을 확보할 필요가 있었는데, 로옴은 소스 부분에도 트렌치 구조를 채용하여 게이트 트렌치 저부의 전계 집중을 완화하여 디바이스의 장기적 신뢰성을 확보하였다.
이에 따라 기존의 Planar 타입 SiC-MOSFET에 비해 동일 칩 사이즈로 ON 저항을 50% 낮추었으며, 입력용량이 35% 저감됨에 따라 스위칭 성능도 향상되었다.
로옴은 이 제품을 활용하여 Full SiC 파워 모듈을 제품화하여 제공한다. 내부 회로는 2-in-1 구조를 채용, SiC-MOSFET과 SiC-SBD를 1패키지에 내장하고 1200V/180A 정격을 실현하였다. 향후 로옴은 디스크리트 타입으로 650V(118A), 1200V(95A) 정격의 제품을 각 3종류씩 순차적으로 제품화할 예정이라고 밝혔다.
권오주 대표는 “로옴은 SiC 기판, SiC 디스크리트 디바이스, SiC 모듈 등 SiC 전력 반도체의 전공정 후공정을 포함한 일관 생산 체체를 갖춘 기업”이라며 “이번에 발표한 혁신적인 SiC 트렌치 MOSFET은 태양광 발전용 파워 컨디셔너, 산업기기용 전원, 공업용 인버터 등 대용량의 전력을 소비하는 기기의 소형화와 저소비 전력화를 이끌 것으로 전망한다.”고 말했다.
