반도체/디스플레이 차세대 전력반도체 소자 기술, 프로세싱 인 메모리 기반 뉴로모픽 기술 동향

< 목 차 >

1. 차세대 전력반도체 소자 기술

2. 프로세싱 인 메모리 기반 뉴로모픽 기술 동향

3. 국가R&D 현황 분석

전력반도체(power semiconductor)란 전기 에너지를 활용하기 위해 직류․교류 변환, 전압, 주파수 변화 등을 제어하고, 처리하는 반도체이다. 전력의 변화 및 제어에 사용되는 1 [W, 와트] 이상의 전력을 담당하는 스위칭 소자 및 정류소자들을 통칭하는 말로써 직류와 교류의 변환, 변압, 충전, 모터 구동, 전력 안정, 전력 분배 및 제어 등에 사용된다. 사용단계에서는 가전, 스마트폰, 자동차 등 전기로 작동하는 제품의 작동 여부 및 성능을 결정짓는 핵심 부품으로 사용된다.전력반도체 소자는 전력의 전달 및 제어 과정에서 에너지 효율을 향상시키고 전압의 변화를 제어하여, 시스템 안정성 및 신뢰성을 제공해야 하기 때문에, 일반적인 반도체 소자에 비해 고내압화, 대전류화, 고주파수화 되도록 발전해 왔으며, 이를 식 (1)과 같이 정량화할 수 있다(경신수, 성만영, 2016). ∆    ×  ×   ··································· (1) 식 (1)에서 ∆는 전력소모로 발생한 열로 인한 온도 변화를, RTH 는 전력반도체 소자의 열저항을, Von 과 Ion 은 온(On) 상태 동작시의 전압과 전류를 나타내며, V(t)와 I(t)는 시간에 따른 전압과 전류를, f는 주파수를 나타낸다. 전력반도체 소자는 전력소모를 줄이기 위하여 저항을 줄이고, 스위칭을 빠르게 하는 방향으로 발전하여 왔고, 안정성을 위해 동작 시 열 발생을 최소화 하는 방향으로 발전해 왔다. 이런 발전 방향에 따라 에서 보듯이 사용처가 요구하는 정격과 동작 주파수에 따라 GTO(Gate Turn-Off thyristor, 게이트 턴 오프 사이리스터), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 절연 게이트 양극성 트랜지스터), BJT(Bipolar Junction Transistor, 쌍극 접합형 트랜지스터), MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터), 다이오드(Diode) 등 여러 종류의 전력반도체 소자가 개발되어 사용되고 있다