ST마이크로일렉트로닉스, 고온 성능 뛰어난 첨단 SiC 전력 MOSFET 출시

ST마이크로일렉트로닉스(www.st.com)가 태양광 인버터와 전기 자동차, 기업용 컴퓨팅 및 산업용 모터 드라이브와 같은 애플리케이션에서 전력 공급 장치 설계시 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는 새로운 첨단SiC 전력 MOSFET 제품군을 발표했다.

ST는 이러한 고압 실리콘 카바이드(SiC, Silicon Carbide, 탄화규소) 전력 MOSFET을 생산한 선두 기업들 중 하나로, 작동온도 범위가 업계 최고치인 200°C를 달성했다.

일반적으로 SiC는 기존 실리콘 전력 트랜지스터를 통과하면서 낭비되는 에너지의 50% 이상을 절감할 수 있고, 이번 MOSFET 제품들은 높은 항복 전압(breakdown voltage)에 비해 물리적인 크기도 줄일 수 있다.

이 기술은 시스템 에너지 효율, 소형화 및 비용, 이 모두를 지속적으로 향상시키위한 필수적인 요소로 자리잡고 있다. 

컴퓨터실 및 데이터 센터에서 IT 관리자들은 비싼 에너지 비용 때문에 전력 및 효율성을 가장 크게 우려한다. 대형 전력 공급 장치에서 SiC 칩이 탑재된 일반 실리콘 스위치로 교체하면, 데이터 센터의 에너지 효율성을 보여주는 표준 측정기준인 전력효율지수(PUE)를 높이는데 도움이 된다.

기후보존컴퓨팅협회(Climate Savers Computing Initiative, CSCI)는 에너지 효율 네트워킹 시스템 및 디바이스를 늘리면 2015년까지 5억 달러 이상의 비용 절감을 할 수 있으며, 3,800만 톤의 이산화탄소(CO₂)를 상쇄할 수 있다고 주장한다. 

SiC MOSFET은 기존의 고압 실리콘 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)를 대체하여 태양광 인버터에서도 사용되어, 패널에서 발생하는 DC 출력을 고압 AC로 변환시켜 특수한 구동 회로가 필요없이 간선 공급 장치로 전달시킨다.

아울러 IGBT 보다 높은 주파수에서 작동하기 때문에 설계시 전력 공급 장치의 다른 부품을 소형화할 수 있어 비용과 크기를 줄이면서 에너지 효율성을 높일 수 있다. 

전기 자동차에서는 SiC가 에너지 효율성을 크게 높이고 동력 전달 시스템 크기를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

에너지 관련 업계와 미국 정부의 에너지부처 사이의 협력체인 ‘미국 드라이브 전기 및 전자 기술팀(US DRIVE Electrical & Electronics Technical Team)’은 동력 전달 시스템 크기는 20% 이상 줄이는 반면 에너지 손실을 2020년까지 약 절반 정도로 줄일 것을 요구하고 있다.

이 기술팀의 로드맵을 보면 와이드 밴드-갭 반도체(wide band-gap semiconductor), 즉 SiC 기술을 이용하여 전력-컨버터 효율성을 높이고 칩이 더 높은 작동 온도에서도 보다 안전하게 견디도록 연구개발에 중점을 두고 있다.

일반 실리콘 및 경쟁 SiC MOSFET와 비교해보면, ST의 새로운 SiC 칩의 향상된 온도 수용력(200°C)이 자동차의 냉각 시스템 설계를 단순화하는데 더 도움이 될 것이다.