• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.29 no.6
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• pp.53-62
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• 2014

본고는 최근 화두가 되고 있는 에너지 절감을 위해 고효율, 친환경의 WBG(Wide Band-Gap) 화합물반도체인 SiC(Silicon Carbide), GaN(Gallium Nitride) 전력반도체 소자 및 전력변환 모듈의 기술동향과 ETRI에서 연구개발 진행 중인 GaN 전력반도체 관련 기술에 대해 기술한다. WBG 전력반도체는 기존의 실리콘 전력반도체와 비교하여 열 특성 향상, 고속 스위칭, 고전압/고전류 특성 및 스위칭 손실 최소화 등이 가능하고 이에 따른 시스템의 소형화 및 전력효율 향상 효과를 얻을 수 있다. 특히, GaN 전력반도체 소자는 시장이 가장 넓게 형성되어 있는 900V 이하에 적용이 가능하며, 앞으로 시장이 커질 것으로 예상되는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)/EV(Electric Vehicle)의 친환경 자동차에도 활용될 것으로 기대되고 있다. 본고는 최근의 일본과 미국에서의 WBG 전력반도체에 대한 관심 및 투자 방향과 GaN 전력반도체 소자에 대한 해외 기업의 업계동향에 대해서도 함께 살펴본다. 이러한 WBG 전력반도체에 대한 해외 선진업체의 산업동향과 더불어 ETRI에서 연구개발 중인 GaN 전력반도체 기술현황에 대해 전력소자 설계 및 제조공정, 패키징, 전력모듈 설계 제작 기술을 포함하여 기술한다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.26 no.3
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• pp.15-22
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• 2019

In these days, importance of the power electronic devices and modules keeps increasing due to electric vehicles and energy saving requirements. However, current silicon-based power devices showed several limitations. Therefore, wide band gap (WBG) semiconductors such as SiC, GaN, and $Ga_2O_3$ have been developed to replace the silicon power devices. WBG devices show superior performances in terms of device operation in harsh environments such as higher temperatures, voltages and switching speed than silicon-based technology. In power devices, the reliability of the devices and module package is the critically important to guarantee the normal operation and lifetime of the devices. In this paper, we reviewed the recent trends of the power devices based on WBG semiconductors as well as expected future technology. We also presented an overview of the recent package module and fabrication technologies such as direct bonded copper and active metal brazing technology. In addition, the recent heat management technologies of the power modules, which should be improved due to the increased power density in high temperature environments, are described.

• Journal of Advanced Engineering and Technology
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• v.10 no.2
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• pp.203-208
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• 2017

Due to global climate change issues, there is a growing demand for systems throughout the industry. In the case of power conversion, studies have been actively conducted to change the structure of the power conversion circuit and to apply new power devices. In particular, the WBG (Wide Band Gap), which is newly emerged device in the market for developing semiconductor technology, has demonstrated advantages in applying for various aspects in comparison to the existing Si (Silicon) Semiconductor. Recent research centers in the railway industry are focusing on developing technologies suitable for railway vehicles by utilizing these new developments in railway countries such as Japan and Europe. This paper researches the WBG device that is applicable to the auxiliary power supplies (APS) in railway system, and analyzes the downsizing effects to APS in high-speed railway by conducting a theoretical analysis and simulation.

• The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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• v.19 no.3
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• pp.283-289
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• 2014

This paper carries out a series of analysis of power system using Gallium Nitride (GaN) FET which has wide band gap (WBG) characteristics comparing to conventional Si MOSFET-used power system. At first, for comparison of each semiconductor device, the switching-transient parameter is quantitatively extracted from released information of GaN FET. And GaN FET model which reflect this dynamic property is configured. By using this model, the performance of GaN FET is analyzed comparing to Si MOSFET. Also, in order to enable a representative assessment on the power system level, Si MOSFET and GaN FET are applied to the most common structure of power system, full-bridge, and each power systems are compared based on various criteria, such as performance, efficiency and power density. The entire process is verified with the aid of mathematical analysis and simulation.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2001.11b
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• pp.13-16
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• 2001

반도체 동작시에 파워 손실을 최소화하는 것은 2000년대의 에너지, 산업전자, 정보통신 산업분야에서의 가장 주요한 요구 사항중의 하나이다. 실리콘계 반도체 소자들은 완전히 새로운 구동기구의 소자가 개발되지 않는 한, 실리콘 재료의 낮은 열전도율이나 낮은 절연파괴전계와 같은 물리적 특성한계 때문에 이러한 요구를 만족시키는 것이 불가능한 실정이다. 따라서 21세기를 위한 대안으로 고열전도융의 WBG(WideBand-Gap) 물질 그 중에서도 탄화규소(SiC) 반도체가 제시되고 있다. SiC 반도체는 실리콘에 비하여 밴드갭(band gap: $E_{g}$)이 높을 뿐만이 아니라 절연파괴강도 ($E_{B}$)가 한 자릿수 이상 그리고 전자의 포화 drift 속도, $V_{s}$ 및 열전도도 k가 3배 가량 크다. 따라서 SiC는 고온 동작 내지는 고내압, 대전류, 저손실 반도체를 제작하는데 아주 유리하다. 본고에서는 응용성이 넓고, 단결정 제조가 비교적 용이한 SiC 반도체의 기술현황에 대하여 살펴보고자 한다.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.14 no.12
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• pp.11-14
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• 2001

반도체 동작시에 파워 손실을 최소화하는 것은 2000년대의 에너지, 산업전자, 정보통신 산업분야에서의 가장 주요한 요구 사항중의 하나이다. 실리콘계 반도체 소자들은 완전히 새로운 구동기구의 소자가 개발되지 않는 한, 실리콘 재료의 낮은 열전도율이나 낮은 절연파괴전계와 같은 물리적 특성한계 때문에 이러한 요구를 만족시키는 것이 불가능한 실정이다. 따라서 21세기를 위한 대안으로 고열전도율의 WBG(Wide Band-Gap) 물질 그 중에서도 탄화규소(SiC) 반도체가 제시되고 있다. SiC 반도체는 실리콘에 비하여 밴드 갭(band gap: E$_{g}$)이 높을 뿐만이 아니라 절연파괴강도(E$_{B}$)가 한 자릿수 이상 그리고 전자의 포화 drift 속도, V$_{s}$ 및 열전도도 k가 3배 가량 크다. 따라서 SiC는 고온 동작 내지는 고내압, 대전류, 저손실 반도체를 제작하는데 아주 유리하다. 본고에서는 응용성이 넓고, 단결정 제조가 비교적 용이한 SiC 반도체의 기술현황에 대하여 살펴보고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2001.11a
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• pp.13-16
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• 2001

반도체 동작시에 파워 손실을 최소화하는 것은 2000년대의 에너지, 산업전자, 정보통신 산업분야에서의 가장 주요한 요구 사항중의 하나이다. 실리콘계 반도체 소자들은 완전히 새로운 구동기구의 소자가 개발되지 않는 한, 실리콘 재료의 낮은 열 전도율이나 낮은 절연파괴전계와 같은 물리적 특성한계 때문에 이러한 요구를 만족시키는 것이 불가능한 실정이다. 따라서 21세기를 위한 대안으로 고열전도율의 WBG(Wide Band-Gap) 물질 그 중에서도 탄화규소(SiC) 반도체가 제시되고 있다. SiC 반도체는 실리콘에 비하여 밴드 갭(band gap: E$_{g}$)이 높을 뿐만이 아니라 절연파괴강도(E$_{B}$)가 한 자릿수 이상 그리고 전자의 포화 drift 속도, v$_{s}$ 및 열전도도 k가 3배 가량 크다. 따라서 SiC는 고온 동작 내지는 고내압, 대전류, 저손실 반도체를 제작하는데 아주 유리하다. 본고에서는 응용성이 넓고, 단결정 제조가 비교적 용이한 SiC 반도체의 기술현황 에 대하여 살펴보고자 한다.

• KIPE Magazine
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• v.27 no.3
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• pp.38-48
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• 2022

국내 통신 시장은 4G LTE 통신 상용화 이후 2019년 세계 최초로 5G 통신 상용화를 시작하여 각각의 통신사가 앞다투어 설비 투자를 진행하고 있다. 많은 투자가 진행됨에도 불구하고 통신망의 범위, 낙후 지역에 대한 비활성화로 인하여 소비자의 욕구를 충족시키지 못하고 있는 실정이다. 이러한 소비자의 불만족을 해소시키고자 정부의 투자 독려로 인해 2022-2024년까지 지속적으로 5G 장비 투자가 진행될 예정이다. 5G 통신 장비에는 시스템 장비에 전원을 공급해주는 전원 장치가 필요하다. 최근 통신용 전원 장치는 시스템 용량이 증가함에 따라 고전력 장비가 요구되고 있으며, 추가적으로 탄소 배출과 관련하여 에너지 문제가 대두됨에 따라 소형화 및 고효율의 통신용 전원 장치 개발이 주를 이루고 있다. 이를 위해 WBG(Wide Band-Gap) 소자 및 토폴로지 변경, 열적 최적화 등 다양한 방법을 통해 고밀도, 고효율을 달성하고 있다. 본고는 WBG 소자 중 GaN(Gallium Nitride) 전력 반도체를 이용하여 제작한 전원 장치의 설계에 내한 내용을 소개한다.

• Journal of the Semiconductor & Display Technology
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• v.21 no.2
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• pp.101-106
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• 2022

In this paper, WBG semiconductor such as SiC and GaN were applied as power switches for LCL circuit that can be applied to satellite power systems and the test results of the LCL circuit are reported. P-channel MOSFET and N-channel MOSFET, which were generally used in the conventional LCL circuit, were applied together to expand the utility of the test results. The design and stability evaluation were performed using a Micro Cap circuit simulation program. For the test circuit, a module using each switch was manufactured, and a total of 5 modules were manufactured and the steady state and transient state characteristics were compared. From the experimental results, the LCL circuit for power supply of the satellite power system constructed in this paper satisfied the constant current and constant voltage conditions under various operating conditions. The P-channel MOSFET showed the lowest efficiency characteristics, and the three N-channel switches of Si, SiC and GaN showed relatively high efficiency characteristics of up to 99.05% or more. In conclusion, it was verified that the on-resistor of the switch had a direct effect on the efficiency and loss characteristics.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2013.11a
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• pp.192-193
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• 2013

본 논문에서는 WBG(Wide Band Gap)특성을 갖는 GaN FET의 과도특성을 분석한다. 먼저, GaN(Gallium Nitride) FET의 공개된 정보를 바탕으로 스위칭 과도 특성과 관련된 파라미터들을 정량적으로 추출하고, GaN FET의 동특성을 반영하는 시뮬레이션 모델을 구성한다. 이 모델을 통하여 Si MOSFET과 비교하여 GaN FET의 성능을 예측한다.