트랜지스터(Transistor, Tr)

 

 

트랜지스터(Transistor, Tr)는 N형 반도체와 P형 반도체를 PNP / NPN 형태로 접합한 구조의 반도체입니다.

Tr을 구성하는 반도체에 정공과 전자에 의해 Base에 전류 또는 Gate에 전압을 제어에 의해 도통되어 전류가 흐르는 원리로 동작합니다.

재질의 종류로서는 아래와 같습니다.

 

 

1세대로서 Bipolar Transistor는 NPN, PNP가 있으며, 전류를 제어해서 도통시키는 소자입니다.

 

2세대로서 Unipolar Transistor는 보통은 FET(Field Effect Transistor)를 가리키며, 전압을 제어해서 도통시키는 소자입니다.

종류는 J(Junction) FET, MOSFET, GaAsFET로 구분했지만, 요즘은 기술의 발전으로 새로운 물질로 구성된 반도체가 있습니다.

FET의 P-Channel형은 정공이 전류를 운반하는 것으로 Tr의 PNP형과 비슷하고,

        N-Channel형은 전자가 전류를 운반하는 것으로 Tr의 NPN형과 비슷합니다.

여기까지는 Si재료인 반도체였습니다.

 

 

 

DMOS Trench FET

 

 

지금부터는 복합재료로서, 사용시 고효율 반도체를 소개드립니다.

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)는 절연 게이트 타입 바이폴라 트랜지스터라고도 합니다.

입력부가 FET구조, 출력부가 Tr구조인 복합 반도체인 IGBT는 파워 반도체입니다.

IGBT의 Gate를 FET와 같이 전압으로 제어하기 때문에 제어가 편리합니다.

 

 

 

3세대로서 SiC(실리콘 카바이드)는

 

실리콘 (Si)과 탄소 (C)로 구성된 화합물 반도체 재료입니다.
절연 파괴 전계 강도가 Si의 10배 정도로 매우 우수하며, Si의 한계를 뛰어넘는 SMPS용 반도체로서 기대를 모으고 있습니다.

 

 

 

4세대로서 GaN(갈륨 나이트라이드)는

 

전기차(EV), 하이브리드 전기차(HEV), SMPS( Switching Mode Power Supply), PV(Photovoltaic, 광전지) Inverter등에 적용하기 좋습니다.

GaN은 입·출력 커패시턴스가 낮고 역방향 회복 전하량이 0으로 유지되기 때문에, 스위칭 손실이 낮고 속도는 빠르다.

이런 빠른 스위칭 속도, 낮은 저항, 낮은 게이트와 출력 커패시턴스는 실리콘(Si) 기반 설루션 대비 스위칭 손실을 낮춰주고, High Switching frequency 환경에 적합한 부품입니다.

 

즉, Switching frequency를 높이면, 제품 Size를 줄일 수 있는 반면에 효율이 떨어지는데, GaN은 열에 강한 재료이기 때문에 High Switching frequency에서도 높은 효율을 갖는다, 따라서 응용 제품의 Size를 줄여서 중량 및 재료를 절감해 Low Cost에도 적합하다.

차량용 GaN FET는 기존 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC) 설루션 대비 전기차(EV) 온보드 충전기와 DC/DC 컨버터의 크기를 30~50%까지 줄일 수 있다, 대단한 반도체임에 틀림없다, 지금은 가격이 비싸지만, 앞으로 수요가 많이 일으나, 저가격으로 사용될 것 같다.

 

 

 

GaN 재질의 HEMT

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다이오드(Diode).