⚡️ 전력반도체 붐은 왔다! 근데 그게 뭐임? (2023.8.2 영상)

작성: 피카츄 아저씨 텔레그램 (t.me/pikachu_aje)

[세 줄 요약]
1. 차세대 전력반도체는 SiC, GaN 소재를 이용하여 전력을 제어, 변환, 분배하는 반도체로 시스템 반도체(=비메모리 반도체)의 일종임. 파워반도체라고도 함.

2. 기존 반도체에 많이 쓰이던 규소(Si)는 전력반도체로 쓰기에는 발열에 대한 한계가 있음. SiC와 GaN은 전압이 걸리면 작동하는 반도체 특성을 가지면서, 좀 더 가혹한 환경(고열)을 견딜 수 있음. 고열에서도 반도체 특성을 유지할 수 있는 게 포인트.

3. SiC는 고압을 견뎌야 하는 전기차, 신재생 에너지 부문에 강점을 갖고 GaN은 충전, 데이터센터 부문에 강점을 가짐. 차세대 전력반도체 시장은 2025년 68억 달러 규모로 성장 전망

[내용]
1. 차세대 전력반도체는 SiC, GaN 소재를 이용하여 전력을 제어, 변환, 분배하는 반도체로 시스템 반도체(=비메모리 반도체)의 일종입니다. 파워반도체라고도 합니다.

2. 전원을 꽂으면 이 반도체의 스위치가 1초에 천번 넘게 on/off되며 사용자 및 기기가 원하는대로 바꿔줍니다. 직류-교류간 교환 작업에 사용되기 때문에 인버터 또는 변환기라고 부르기도 합니다.

3. 반도체는 전기가 통하는 도체와 통하지 않는 부도체의 사이에 있는 소재로, 전기가 흐르면 작동하고, 흐르지 않으면 작동하지 않는 물질입니다.

4. 반도체는 규소(Si)를 기초 소재로 사용하고 있습니다. 실리콘은 저렴한 가격과 안정성으로 반도체에 많이 사용되었습니다.

5. 단, 규소를 사용한 반도체는 작동중 발열로 인해서 반도체로서의 특성을 잃어버릴 수 있습니다. 기존 스마트폰 전압이 3.7V인데 전기차는 400V입니다. 걸리는 전압이 높아지며 전류도 높아지고, 전류가 높아지며 발열도 강해집니다.

6. 그래서 이를 버티기 위한 신소재로 SiC(실리콘+탄소, 탄화규소), GaN(갈륨+질소, 질화갈륨)이 쓰이고 있습니다. SiC는 실리콘카바이드, GaN은 갈륨 나이트라이드라고도 부릅니다. 이들은 반도체 특성을 가지면서, 고온에 견딜 수 있는 소재입니다.

7. 앞으로 급속 충전에 걸리는 전압이 올라가면, 더 높은 온도에도 견딜 수 있어야 합니다. 그래서 실리콘 대비 비싼 가격에도 관심을 받고 있습니다.

8. 실리콘 카바이드(SiC)는 신재생 에너지와 전기차 부문에서, 갈륨 나이트라이드(GaN)은 전자장비 충전과 데이터센터에서 장점을 가집니다.

9. SiC는 높은 전압을 견딥니다. 기존 실리콘 대비 얇은 크기로 들어가도 더 열에 강하고, 냉각장치 무게까지 줄여 전력효율을 최대 10%까지 올릴 수 있습니다. 또 SiC는 기존 반도체 공정에 조금만 추가를 하면 생산이 가능하다고 합니다.

10. GaN은 SiC만큼 높은 전압을 견디는 건 아니지만, 스위칭 속도가 빠릅니다. 발열이 생겨도 전자의 이동에 무리가 없어 실리콘보다 전력 효율이 높습니다. 그래서 데이터센터, 전기차 충전에 많이 활용됩니다. 그리고 이미 스마트폰 충전기에도 활용되고 있습니다.

11. 전력반도체는 2025년 68억 달러 규모로 성장을 전망합니다. 관련 기업은 ST마이크로일렉트로닉스, 인피니언, 텍사스 인스트루먼트, 울프스피드, 온세미컨덕터가 있습니다. 삼성전자와 TSMC도 이 시장에 뛰어들고 있습니다.

12. GaN에 들어가는 갈륨의 95%는 중국에서 생산되고 있어 광물 공급망에서 갈륨도 체크해야겠습니다.

📌 결론: 전력 효율을 위한 차세대 전력 반도체 붐은 이미 왔다!
- 전력반도체의 중요성은 점점 더 커지고 있습니다. 신재생 에너지, 전기차, 데이터 센터 등 핫한 섹터의 빠지지 않는 요소입니다.
- 당장은 단가 문제도 있고 모든 반도체를 대체하는 게 아니기 때문에 시장 규모가 생각보다 크지는 않지만 앞으로의 필요성을 생각하면 꼭 공부해야 하는 분야입니다.

💬 전력반도체 관련해서는 노을프라푸치노님 블로그가 정리가 잘 되어 있어 소개드립니다.

[작성] 피카츄 아저씨 ⚡️
[영상] 티타임즈TV
[태그] #전력반도체
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