반도체 전문 온라인 매거진 - 올포칩

로옴(ROHM / www.rohm.co.kr)은 메인 인버터를 비롯한 자동차 파워 트레인 시스템 및 산업기기용 전원에 최적인 「1200V 제4세대 SiC MOSFET」를 개발했다.

파워 반도체는, ON 저항을 저감하면 단락 내량 시간이 짧아지는 트레이드 오프 관계가 있어, SiC MOSFET의 낮은 ON 저항화와 단락 내량 시간을 동시에 확보하기 어려웠다. 이번에 개발한 신제품은 독자적인 더블 트렌치 구조를 더욱 진화시킴으로써, 단락 내량 시간을 악화시키지 않고 트레이드 오프 관계를 개선하여, 기존품 대비 단위 면적당 ON 저항을 약 40％ 저감했다. 

또한, 스위칭 시의 과제였던 기생 용량을 대폭 삭감함으로써, 기존품 대비 스위칭 손실을 약 50％ 삭감하는데 성공했다. 이와 같이 낮은 ON 저항, 고속 스위칭을 겸비한 제4세대 SiC MOSFET는 차량용 인버터 및 각종 스위칭 전원 등 다양한 어플리케이션의 극적인 소형화 및 저소비전력화에 기여한다. 

최근 차세대 전동차 (xEV)의 보급 확대를 위해, 한층 더 고효율로 소형 · 경량화된 전동 시스템의 개발이 추진되고 있다. 특히, 구동의 중심이 되는 메인 인버터 시스템의 소형 · 고효율화가 과제로서 중요시됨에 따라, 파워 디바이스에도 한층 더 진화가 요구되고 있다.

또한, 전기자동차 (EV)에 있어서는 항속 거리가 짧다는 단점을 개선하기 위해, 탑재 배터리의 용량이 증가하는 경향이 있다. 이에 따라, 충전 시간의 단축이 요구되어, 배터리의 고내압화 (800V)가 추진되고 있다. 이러한 과제를 해결하기 위해, 고내압 및 저손실을 실현할 수 있는 SiC 파워 디바이스가 큰 기대를 모으고 있다.

이러한 상황에서 로옴은 2010년에 세계 최초로 SiC MOSFET의 양산을 개시했다. 또한, 일찍이 자동차기기 신뢰성 규격 AEC-Q101에 준거하는 제품 라인업을 강화하여, 차량용 충전기 (On Board Charger : OBC) 등에서 높은 시장 점유율을 획득했다. 이번에 ON 저항과 단락 내량 시간의 트레이드 오프 관계를 동시에 개선한 제4세대 SiC MOSFET를 개발함으로써, 기존 시장과 더불어 메인 인버터를 중심으로 채용을 가속화시키고자 한다.

앞으로도 로옴은 SiC 파워 디바이스의 라인업을 강화함과 동시에, 디바이스의 성능을 최대화시키는 제어 IC 등 주변 디바이스 및 모듈화 기술을 조합하여, 차세대 자동차의 기술 혁신에 기여해 나갈 것이다. 또한, 어플리케이션 개발 시의 공수 삭감 및 평가 트러블의 미연 방지에 기여하는 WEB 시뮬레이션 툴을 비롯하여 고객의 과제를 해결할 수 있는 솔루션을 제공해 나갈 것이다.

트렌치 구조의 진화로, 업계 최고의 낮은 ON 저항 실현

로옴은 독자적인 구조를 채용함으로써, 2015년에 세계 최초로 트렌치 구조※5를 채용한 SiC MOSFET의 양산화에 성공했다. 이후, 디바이스 성능을 한층 더 향상시키기 위한 개발을 추진해왔지만, 낮은 ON 저항화와 트레이드 오프 관계인 단락 내량 시간을 동시에 만족하기는 어려웠다. 이번에 로옴의 독자적인 더블 트렌치 구조를 한층 더 진화시킴으로써, 단락 내량 시간을 악화시키지 않고, 기존품 대비 ON 저항을 약 40％ 저감하는데 성공했다.

기생 용량을 대폭 삭감함으로써, 낮은 스위칭 손실 실현

일반적으로 MOSFET는 낮은 ON 저항화 및 대전류화에 따라 각종 기생 용량이 증가하는 경향이 있어, SiC가 지닌 본래의 고속 스위칭 특성을 충분히 발휘할 수 없다는 과제가 있었다. 이번에, 게이트–드레인 용량 (Cgd)을 대폭 삭감함으로써, 기존품 대비 스위칭 손실을 약 50％ 저감하는데 성공했다.