학문
전력반도체에서 SIC와 GAN소재의 차이와 이둘은 주로 어디에 각각 나눠 쓰이나요?
최근엔 전력반도체 이야기도 시장에서 많이 언급되던데요 그런데 이 전력반도체는 SIC와 GAN소재가 크게 쓰인다던데 SIC와 GAN소재의 차이와 이둘은 주로 각각 어디에 쓰이는지 알고 싶습니다.
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이승호 전문가입니다.
전력반도체 시장에서 실리콘카바이드와 질화갈륨이 주목받는 이유는 기존 실리콘 소자의 한계를 뛰어넘는 물리적 특성 때문입니다. 두 소재 모두 화합물 반도체라는 공통점이 있지만 구체적인 성질과 적용 분야에서는 뚜렷한 차이를 보입니다.
실리콘카바이드는 열전도율이 매우 높고 고전압에서 견디는 힘이 강합니다. 실리콘보다 10배 높은 전압을 견딜 수 있고 고온에서도 소자가 타지 않고 정상 작동하기 때문에 주로 대전력과 고전압이 필요한 환경에 적합합니다. 이런 특성 덕분에 전기차의 인버터나 테슬라 같은 전기차 모델의 전력 변환 장치에 핵심적으로 사용됩니다. 에너지 효율을 높여 주행 거리를 늘려줄 뿐만 아니라 냉각 장치의 크기를 줄일 수 있어 전기차 하드웨어 설계에 큰 이점을 줍니다. 태양광 인베터나 풍력 발전 같은 신재생 에너지 인프라와 철도 등 중장비 산업에서도 주로 쓰이는 추세입니다.
질화갈륨은 전자의 이동 속도가 굉장히 빨라서 고주파 스위칭에 최적화되어 있습니다. 소형화에 유리하고 전력 손실이 적다는 것이 최대 장점입니다. 다만 실리콘카바이드만큼 아주 높은 전압을 견디기에는 무리가 있어 상대적으로 낮은 전압대의 고효율 장치에 집중됩니다. 우리가 흔히 사용하는 초고속 충전기나 스마트폰 무선 통신 장비인 5G 기지국 등에 적용됩니다. 최근에는 자율주행차의 눈 역할을 하는 라이다 센서나 데이터 센터의 전원 공급 장치처럼 작으면서도 빠른 응답 속도가 필요한 분야로 사용처가 넓어지고 있습니다.
정리하자면 고전압과 고열을 견뎌야 하는 자동차나 산업 현장에는 실리콘카바이드를 선택하고 빠른 속도와 크기 효율이 중요한 통신 기기나 가전 제품에는 질화갈륨을 사용하는 식으로 시장이 형성되어 있습니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
SIC는 고전압 고내열 특성이 뛰어나 전기차 파워트레인이나 태양광 인버터 같은 고출력 산업용에 주로 사용되고 GAN은 스위칭 속도가 매우 빠르고 크기를 줄이기 유리해 스마트폰 급속 충전기나 5G 통신 같은 고주파 소형 가전 분야에 특화되어 있습니다 SIC는 기본 실리콘 대비 10배높은 전압을 견디면서 열전도율이 좋아 냉각 장치를 줄일 수 있는 것이 강점이고 GAN은 전력 손실이 적고 고속 충전 효율을 극대화한다는 소재적 차이가 있습니다 그래서 시스템이 대형이고 고전력을 다룬다면 SIC 기기가 작으면서 빠른 반응 속도다 중요하다면 GAN을 선택하는 방식으로 시장이 형성되어 있습니다
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
전력반도체와 관련해서 전공했다 보니 질문이 참 반갑습니다.
기존의 실리콘 기판의 재료적인 한계를 극복하고자 말씀하신 SiC와 GaN 전력반도체에 대한 관심이 상당히 커지고 있습니다. 두 가지 모두 화합물 반도체 입니다. Si와 C가 결합한 SiC, 그리고 Ga과 N이 결합한 GaN 소재를 이용하는 것입니다.
보통 특징을 보면 SiC의 경우 고전압과 고온, 대전력에 강한 특징이 있습니다. 대표적으로 전기차에 들어가는 인버터나 산업용 모터, 발전소 같은 분야에 주로 활용이 되고 있습니다. GaN의 경우는 고주파, 고속 스위칭에 유리한데, 요즘 스마트폰 충전기 보면 GaN 충전기가 많이 보입니다. 이런 쪽이랑 마찬가지로 차량용 전력 반도체, 그리고 RF device 쪽에도 많이 활용됩니다.
SiC가 더 높은 고전압대 영역, GaN은 효율적인 전력 운영에 강점을 가진다고 보시면 되겠습니다.