보배드림

◈ GaN 반도체 이야기--SSPA

https://www.bobaedream.co.kr/view?code=army&No=132105

 

SSPA에 이은 두번째 이야기 입니다.

내용이 내용인지라, 굉장히 따분 할껍니다.

그런데 내용들을 잘 숙지만 하셔도, GaN 관련 소자,부품에 대해서 최소한 명칭,용도 등을

쉽게 이해 하게 될껍니다.

 

그리고 비전문가의 글이라, 내용이 좀 부식 또는 오류가 있을수 있습니다.

이점에 대해서는 양해들 부탁 드립니다.

 

 

◈ GaN 반도체 용어 정리

 

1.GaN 이란?

 

GaN (Gallium Nitride : 질화 갈륨)은 Ga (갈륨)와 N (질소)의 원소로 구성되는

 

화합물 반도체의 재료입니다.

 

 

 

☞ 화합물 반도체

 

반도체의 일종으로 2가지 이상의 원소가 결합하여 구성된 반도체를 말합니다.

 

 

2. GaN의 특징.

 

고온동작, 고속스위칭, 고전압, 고주파, 넓은동작구간,저소비전력 등에서

 

우수하며. GaN는 밴드갭이 크기 때문에 WBGS(Wide Band gap Semiconductors)

 

라고도 합니다.

 

 

3. 밴드갭 이란?

 

 

에너지 준위가 높은 에너지 밴드를 전도대, 에너지 준위가 낮은 에너지

 

밴드를 가전자대 라고 하고, 이 에너지 준위차를 밴드갭 이라 합니다.

 

즉 밴드갭 이란 전자가 가전자대에서 전도대로 이동하기 위해 필요한 에너지를

 

말 합니다.

 

 

밴드갭을 나타내는 단위는 eV (일렉트론 볼트)이며, Si는 1.12eV,

 

GaAs는 1.43eV, GaN은 3.5eV로써 GaN이 가장 큰 밴드갭을 지닙니다.

 

밴드갭은 한계가 있어서, 0.1eV~4eV 사이는 반도체, 그 이상은 부도체로

 

봅니다.

 

밴드갭 좁으면 자유전자 이동량이 많아 격자와 충돌로 인한 열로 인한,

 

에너지 손실이 발생이 되며, 그만큼 전력효율이 떨어지게 됩니다.

 

 

밴드갭이 넓으면, 많은 에너지가 필요하기 때문에, 에너지가 낮은면 가전대에

 

 

전자 대부분이 머물러 있기 때문에 자유전자가 줄어 전력손실 감소 합니다.

 

 

그러나 밴드갭이 넓으면 더 많은 에너지가 필요하기 때문에 낮은 전압 환경

 

의 시스템에서는 에너지 효율이 오히려 떨어 집니다.

 

 

또한 고온환경은 밴드갭이 좁아지게 하므로, 밴드갭이 넓다면 고온에서도

 

충분한 밴드갭을 유지 하면서 자유전자 이동을 제어 할수 있어,

 

     GaN는 고주파,고전압,고온환경에서 유리 하게 됩니다

 

 

 

 

 

4.GaN 소자.

 

많은 분들이 막연히 생각 하는 부분 입니다.

 

우리가 반도체, 반도체 하지만 정확하게 반도체가 뭔지 정확하게 설명 할 수 있는 사람들 

드문 것처럼 말 입니다.

 

그래서 GaN 반도체 그 자체 또는 기술로 생각 하시는 분들이 대부분 이십니다.

 

 

가.소자 (素子, Element,Device)란?

 

 기본적인 전기적 기능을 수행하는 최소 단위를 이야기 하며, 다이오드,트랜지스터, MMIC, 저항, 

 커패시터 등등이 대표적 소자에 속 합니다.

 

 한마디로 Gallium Nitride를 기반으로 만든 전자 소자를 뜻합니다.

 

 소자는 능동 소자 와 수동소자로 나뉩니다.

 

 

 

나. 대표적인 GaN 소자.

 

  ◈ RF용 GaN 소자 (고주파 회로용)

 

1. GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor)

 

1) 가장 대표적이자 기본적인 GaN 소자

 

 

2) 고주파/고전력/고효율 RF 전력 증폭기용

 

 

 

2. GaN MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit)

 

 

 

 

능동소자(HEMT)와 수동소자(저항, 커패시터,인덕터)를

 

하나의 반도체 기판 위에 일괄공정으로 제작하는 고주파 직접 회로로미약한 신호의 증폭,

 

주파수 변환 등의 기능을 수행할 수 있는 소자으로 고주파 시스템의 소형 경량화는 물론 

 

사용부품의 수를 대폭 줄임으로 써 생산수율을 증가시킬 수 있는 가장 핵심적인 소자.

 

사진 : 수동 소자

 

                                                                      사진 :  MMIC Chip 

 

 

 ◈ 전력용 GaN 소자 (Power Electronics용)

 

1. GaN FET (Field Effect Transistor)

 

- 전력 스위칭을 위해 개발된 트랜지스터

 

- 고속 스위칭과 높은 효율

 

- 서버, 전기차, 전원공급장치(SMPS), 드론, EV 충전기 등 사용

 

2.GaN IC (Integrated Circuit)

 

GaN 전력 스위칭과 드라이버, 보호 회로 등을 단일 칩에 통합한 회로

 

◈ 기타

 

1. GaN Laser Diodes 

  

   - 광통신, 블루레이, 의료용 장비

 

2. GaN photodiode

 

- 자외선 센서 및 고속 광검출기

 

 

다음편에서는 SiC (실리콘 카바이드) Wafer에 대해 이야기 해보도록 하겠습니다.

따분한 글 여기까지 읽어 주셔서 감사 합니다.