다양한 애플리케이션에서 와이드밴드갭(Wide Bandgap ,WBG) 반도체가 채택되는 추세이다. 이는 실리콘 기반 반도체보다 △빠르며 △스위칭 로스가 적고 △보다 작은 폼펙터를 가져 전체 시스템 비용 감소에 기여하기 때문이다.

텍트로닉스(Tektronix)가 ‘고전력 측정을 위한 WBG의 특성 소개 및 테스트 솔루션’ 웨비나를 6일 e4ds 온라인 플랫폼에서 진행했다.

이날 발표를 한 김화연 텍트로닉스 과장은 WBG 반도체의 기본 이론을 소개하고 갈륨 나이트라이드(GaN)와 실리콘 카바이드(SiC)에 대해 설명했다.

SiC는 높은 열전도성을 필요로 하는 오토모티브 솔루션에서 주로 사용되며 고전력·고전압·고속 애플리케이션을 대상으로 한다. GaN은 중간 전력·전압 및 초고속·초고주파 애플리케이션을 타깃한다. △충전기 △어댑터 △통신 △태양광 △자동차 애플리케이션용 OBC 등에 사용된다.

김 과장은 WBG 테스트가 가능한 하드웨어 구성과 파라미터 확인에 대해서 설명했다. 그는 2600-PCT-4B와 ACS Basic 소프트웨어, 4200A와 클라리우스(Clarius) 소프트웨어를 사용한 테스트 솔루션을 선보였다.

GaN소자에서 측정 가능한 파라미터는 △문턱 전압(Threshold Voltage) △누설 전류(Leakage Current) △온-상태(On-state) 저항 값 △게이트 차지(Gate Charge) △커패시턴스(Capacitance) 등이 있다.

IGBT 테스트 파라미터에서는 GaN과 SiC가 유사한 측정 파라미터를 가진다. 앞선 장비를 통해 △항복 전압(Breakdown Voltage) △누설 전류(Leakage Current) △문턱 전압(Threshold Voltage) △포화 전압(Saturation Voltage) △게이트 차지(Gate Charge) △커패시턴스(Capacitance) 측정이 가능하다.

김 과장은 “2600-PCT는 다수의 소스 측정 장치(Source Measure Unit, SMU)를 소프트웨어를 통해제어 및 측정할 수 있다”며 “PCT는 고출력을 다루고 있기 때문에 안전이 중요하다”고 강조했다. 2600-PCT는 보호를 위해 테스트 픽스처를 사용하고 있으며 내부에는 바나나 케이블을 이용해 연결할 수 있다.

또한 그는 “4200A는 DC I-V, CVU, Pulsed I-V 측정을 간편하게 할 수 있는 장비”라며 “250개 이상의 다양한 테스트 모율을 보유하고 있으며 주기적인 업데이트를 통해 더욱 증가되고 있다”고 덧붙였다. 4200A는 C언어 기반의 프로그래밍을 통해 커스터마이징 테스팅도 가능하다.

한편, 라파엘 델라 기우스티나 욜 디벨롭먼트(Yole Développement) 맞춤형 프로젝트 비즈니스 개발자는 “전력전자산업은 공공 서비스와 기후 변화 정책 인센티브와 연계해 움직인다”며 “이러한 정책들이 고효율·저전력 전자 시스템을 요구하게 됐다”고 언급했다.

그는 “모든 제품들이 무선화되며 배터리를 탑재하고 모바일화되며 운송수단에서 전력 반도체 등 반도체 함량이 증가하고 있다”고 강조했다. 파워 디바이스 시장은 2020년 190억달러(약 26조원)에 도달했으며 4년 뒤엔 260억달러(약 35조원)에 이를 것으로 전망된다.

구체적인 테스트 설정과 와이드밴드갭 반도체 전망에 대한 내용은 EEWebinar 다시보기를 통해 확인할 수 있다.