ROHM Application note study
1. SiC 반도체
1.1 SiC 재료의 물성 및 특징
1.2 파워 디바이스로서의 특징
2. SiC SBD 특징
2.1 디바이스 구조 및 특징
2.2 SiC SBD의 순방향 특성
2.3 SiC SBD 리커버리 특성
2.4 SiC SBD의 순방향 서지 특성
2.5 직렬 병렬 사용 시 주의 사항
2.5.1 직렬 접속
2.5.2 병렬 접속
3. SiC MOSFET 특징
3.1 디바이스 구조와 특징
3.2 규격화 ON 저항
3.3 VDS-ID 특성
3.4 구동 게이트 전압과 ON 저항
3.5 ON 저항의 온도 계수
3.6 VGS-ID 특성
3.7 Turn on 특성
3.8 Turn off 특성
3.9 내부 게이트 저항
3.10 바디 다이오드의 리커버리 특성
3.11 BV 온도 의존성
3.12 플라이백용 1700V SiC MOSFET
3.13 제 3세대 trench 게이트 SiC MOSFET
3.14스위칭 특성의 온도 의존성
3.15 스위칭 특성의 게이트 전압 의존성
3.16 스위칭 속도의 드레인 전류 의존성
3.17 기생 인덕턴스가 스위칭 특성에 미치는 영향
3.18 kelvin 소스 패키지
4. 디스크리트용 평가 기판
4.1 SiC MOSFET 디스크리트용 평가 기판
4.2 평가 사례
5. 게이트 드라이브
5.1 회로 방식의 주의사항
5.1.1 펄스 트랜스에 의한 구동
5.1.2 Bootstrap 방식에 의한 high side 구동
5.1.3 절연 전원에 의한 high side 구동
5.1.4 마이너스 바이어스 생성 회로
5.2 버퍼 회로
5.3 UVLO
5.4 SiC MOSFET 용 게이트 드라이버 IC
5.5 권장 게이트 전압
5.6 권장 외장 게이트 저항
5.7 권장 Dead time
5.8 self turn-on 대책
5.9 마이너스 서지 대책
5.10 단락 보호
5.10.1 DESAT
5.10.2 전류 sense 단자가 있는 MOSFET의 단락 보호
5.11 권장 레이아웃
5.12 MOSFET 직렬/병렬 사용시 주의 사항
5.12.1 직렬 접속
5.12.2 병렬 접속
6 SiC 파워 모듈 특징
6.1 SiC 모듈 특징
6.2 회로 구성
6.3 NTC 서미스터
6.4 파워 모듈 부착 방법
6.4.1 heat sink 부착
6.4.2 신호선 부착
6.5 스위칭 특성
6.5.1 드레인 전류 의존성 온도 의존성
6.5.2 게이트 저항 의존성
6.5.3 게이트 바이어스 의존성
6.6 IGBT 모듈과의 스위칭 손실 비교
6.6.1 토탈 스위칭 손실 비교
6.6.2 리커버리 손실 비교
6.6.3 Turn on 손실 비교
6.6.4 Turn off 손실 비교
6.7 Self turn on 대책
6.8RBSOA
6.9 다이오드 소저류, 좁은 펄스 통전시 VDS 서지
6.10 G-type 파워 모듈
7 모듈용 평가 기판
7.1 SiC 파워 모듈용 드라이브 기판
7.2 서지 전압 대책
8 신뢰성
8.1 SiC SBD 신뢰성
8.1.1 dV/dt 파괴, dI/dt 파괴
8.1.2 SiC SBD 신뢰성 시험 결과
8.2 SiC MOSFET 신뢰성
8.2.1 게이트 산화막
8.2.2 threshold value 안정성 (+)
8.2.3 threshold value 안정성 (-)
8.2.4 threshold value 안정성 (gen3.0 MOSFET)
8.2.5 단략 내량
8.2.6 dV/dt 파괴
8.2.7 우주방사선 기인 중성자 내량
8.2.8 정전파괴 내량
8.2.9 파워 사이클 주의사항
8.3 SiC 파워 모듈 신뢰성
8.3.1 파워 사이클
8.3.2 HV-H3TRB
8.3.3 SiC 파워 모듈 신뢰성 시험 결과
10 응용회로 예
10.1 PFC 회로, boost chopper
10.2 강압 chopper
10.3 승강압 chopper
10.4 totem pole PFC
10.5 플라이백 컨버터
10.6 DC/DC 컨버터
10.7 파워 컨디셔너용 인버터
10.8 IH용 인버터
10.9 모터 드라이브
10.10 Relay
1. SiC 반도체
1.1 SiC 재료의 불성 및 특징
- SiC 는 Si와 C로 구성된 화합물 반도체로 다양한 poly type 이 존재하며 현재 4H-SiC 가 물성과 생선 측면에서 가장 적합
- 특징
Si 대비 Breakdown field (critical E-field) X 10, Energy band gap X 3, p와 n type 제어 가능, thermal oxide 공정 가능
1.2 파워 디바이스로서의 특징
- High breakdown field (critical E-field)
동일 내압을 갖는 device 를 제작하는 경우 Si 대비 얇고 고도핑의 dirft layer 를 갖을 수 있음
- -> 이론 상으로 drift layer 저항 값을 Si 대비 1/300 로 감소 시킬 수 있음
Si에서는 저항 감소를 위해 IGBT 같은 바이폴라 deivce등을 채택해옴 (스위칭 손실과 발열 issue 있음)
SiC 사용시에는 majority carrier를 사용하여 high voltage, fast switching, low on resistance를 구현 할 수 있음
- Wide energy band gap X 3
고온에서 동작 가능한 device 실현 가능
--> Band gap 이 크다 = 동일 온도에서 intrisic carrier density 가 낮다 --> 고온에서도 leakage current 가 낮다
출처: ROHM SiC 파워 디바이스 · 모듈 어플리케이션 노트 Rev.003