반도체의 사용으로 기술 장치가 완전히 변모했습니다. 이제 모든 장치는 마이크로프로세서 또는 트랜지스터로 구동됩니다. 1세대 및 2세대 반도체 재료는 지난 수십 년간 우리가 사용하는 많은 장치의 중추였지만, 재생 에너지 생산, 전기차 등과 같은 고전력 응용 분야를 위한 반도체 재료의 필요성은 점점 더 중요해지고 있습니다.
여기서 3세대 반도체 재료가 대화에 등장하며, 반도체 산업과 이에 의존하는 장치 및 기타 기술 발전에 무한한 기회를 제공합니다. 다양한 3세대 반도체 유형이 있으며, 이 블로그 게시물에서는 가장 많이 연구된 것들과 그 응용 분야, 장점, 단점 및 기타 세부 사항을 다룰 것입니다. 3세대 전력 반도체에 대해 알아야 할 모든 것을 알아보려면 계속 지켜봐 주세요.
1세대에서 3세대 반도체로의 진화
1세대 반도체 재료는 게르마늄과 실리콘이었으며, 각각 1950년대와 1960년대에 전성기를 누렸습니다. 2세대 반도체 재료는 갈륨비소(GaAs)와 인듐인(InP)으로 훨씬 나중에 개발되었습니다. 그러나 이 두 세대의 반도체 재료 모두 매우 두드러진 단점이 있어 모든 응용 분야에서 사용할 수 없습니다.
게르마늄과 실리콘 장치와 같은 1세대 반도체는 발광 전자 장치나 고주파 및 고전력 장치를 지원할 수 없습니다. 반면 2세대 반도체는 조달이 상당히 어렵고 비용이 많이 들며 독성도 있어 이러한 반도체 장치를 사용하는 소비자 전자제품이 유해하고 비쌌습니다.
3세대 반도체 재료가 업계에 등장했을 때, 그들은 전임자들이 할 수 없었던 것을 지원할 수 있는 우수한 물리적 특성을 가지고 왔습니다. 3세대 반도체는 ‘넓은 에너지 갭’ 또는 ‘넓은 밴드갭’ 반도체 재료라고 불립니다. 에너지 갭 또는 밴드갭은 반도체가 절연체에서 도체로 전환되는 데 필요한 최소 에너지를 나타냅니다. 저에너지 갭 재료인 전임자들과 달리 3세대 반도체 재료는 매우 까다로운 응용 분야에 전력을 공급할 수 있는 더 안정적인 특성을 가지고 있습니다.
3세대 반도체란 무엇인가?
위에서 설명한 대로 3세대 반도체는 더 높은 에너지 갭을 가지고 있어 에너지 변환이 훨씬 더 효율적입니다. 이는 3세대 반도체가 고주파, 고전력 효율, 광전자, 고온 및 기타 많은 까다로운 배터리 시스템 또는 고에너지 응용 분야를 지원할 수 있는 안정적인 특성을 가지고 있음을 의미합니다.
탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN), 산화아연(ZnO), 다이아몬드, 질화알루미늄(AlN)과 같은 많은 유형의 3세대 반도체가 있습니다. 그러나 질화갈륨과 탄화규소 장치가 더 높은 전력 효율과 많은 다른 이점으로 가장 인기가 있습니다. 아래에서 이 두 선두 주자를 자세히 살펴보았습니다.
가장 일반적인 3세대 반도체
탄화규소와 질화갈륨은 1세대 및 2세대 반도체 재료보다 많은 이점을 가진 가장 두드러진 3세대 반도체입니다. 아래는 GaN과 SiC에 대해 알아야 할 모든 것입니다.
#1 탄화규소(SiC)
이 반도체 재료는 실리콘과 강한 결합력을 가진 탄소의 조합입니다. 이는 반도체가 높은 열적, 화학적, 기계적 안정성을 가지게 하여 더 높은 전력 밀도를 제공합니다.
#2 질화갈륨(GaN)
이미지 출처: www.theverge.com
질화갈륨은 이진 III/V 직접 밴드갭 반도체입니다. SiC와 비교하여 질화갈륨의 주요 장점은 SiC보다 높은 전자 이동성으로 인한 높은 주파수입니다.
3세대 반도체의 장점
더 높은 밴드갭
더 높은 밴드갭은 절연체에서 도체로 전환하는 데 더 긴 시간을 의미하므로 고전류 장치에 전력을 공급하는 더 나은 특성을 의미합니다.
더 높은 포화 속도
이는 전기장에서 캐리어가 전하를 운반할 수 있는 속도를 나타냅니다.
증가된 열 전도성 및 높은 융점
SiC는 GaN보다 더 나은 열 전도성을 가지고 있지만 두 3세대 반도체 모두 전임자보다 더 잘 작동합니다.
3세대 반도체의 단점
1세대 및 2세대 반도체를 대체할 수 없음
1세대 및 2세대 반도체 재료는 시스템에서 함께 작동하여 높은 신뢰성과 적절한 전력을 가진 장치를 생산합니다.
비효율적인 제조 공정 및 비용
원자재 조달과 핵심 기술 구현의 어려움으로 인해 비용이 많이 들고 까다롭습니다.
3세대 반도체: 진행 중인 고전력 작업
3세대 반도체는 고에너지 장치에 전력을 공급하기 위한 최고의 안정적인 물리적, 열적, 화학적 특성을 가지고 있습니다.
자주 묻는 질문
3세대에는 어떤 종류의 반도체가 사용되나요?
가장 일반적인 반도체는 질화갈륨과 탄화규소이며, 산화아연, 다이아몬드, 질화알루미늄도 있지만 덜 자주 사용됩니다.
3세대 반도체는 어떻게 도움이 되나요?
높은 항복 전압, 고온 저항성, 높은 열 전도성, 높은 포화율, 컴팩트한 크기 및 더 높은 융점이 고전압 응용 분야에 전력을 공급하는 데 도움이 됩니다.