전력반도체
Power Semiconductor

전력을 변환·제어하는 반도체. 미세 공정 경쟁과 무관하게 소재와 신뢰성이 경쟁력을 가르는 영역이다.
전자기기마다 필요한 전압과 전류의 형태가 다르고, 배터리나 상용 전원에서 들어오는 전력은 그대로 쓸 수 없는 경우가 많아 이를 승압·강압하거나 직류와 교류를 서로 바꾸는 변환 장치가 필요한데, 이 변환의 핵심 부품이 전력반도체다. 동작 방식은 논리 반도체처럼 신호를 계산하는 것이 아니라 스위치처럼 켜짐과 꺼짐을 빠르게 반복하며 전류를 통과시키거나 막는 것이고, 이때 소자가 얼마나 높은 전압을 견디는지, 켜졌을 때 저항이 얼마나 낮은지, 스위칭 과정에서 열이 얼마나 발생하는지가 성능을 가른다. 현장에서는 전기차의 인버터와 충전기, 태양광·풍력 발전의 전력변환장치, 데이터센터 전원공급장치, 가전제품 어댑터 설계나 부품 선정 회의에서 이 용어를 자주 마주치게 된다. 흔히 로직 반도체처럼 공정을 미세화하면 성능이 좋아질 거라 생각하기 쉽지만, 전력반도체는 오히려 실리콘을 탄화규소나 질화갈륨 같은 화합물 소재로 바꾸는 쪽이 손실과 발열을 줄이는 데 더 결정적이며, 이 때문에 회로 설계 능력만큼이나 소재 선택과 패키징, 장기 신뢰성 확보가 제품 경쟁력을 좌우한다.
소자 분야의 다른 용어
핀펫중급해설
FinFET채널을 지느러미처럼 세워 게이트가 세 면을 감싸게 만든 구조. 평면 구조의 누설전류 한계를 넘기 위해 도입됐다.
나노시트고급해설
Nanosheet얇은 판 모양 채널을 여러 장 쌓아 만든 GAA 구현. 판의 폭을 조절해 성능과 전력을 설계 단계에서 조율할 수 있다.
누설전류중급해설
Leakage Current꺼져 있어야 할 때도 새어 흐르는 전류. 미세화의 실질적 한계를 만드는 원인이고 구조 변경의 이유가 된다.
트랜지스터입문해설
Transistor전류를 켜고 끄는 스위치. 반도체 칩은 결국 이 스위치를 아주 많이, 아주 작게 모아 놓은 것이다.
후면전력공급고급해설
Backside Power Delivery전원 배선을 웨이퍼 뒷면으로 옮기는 기법. 앞면을 신호 배선에 더 쓸 수 있어 전압 강하와 혼잡을 함께 줄인다.
CFET고급해설
Complementary FETn형과 p형 트랜지스터를 위아래로 겹쳐 쌓는 구조. GAA 다음 세대로 연구되고 있다.
CMOS중급해설
CMOSp형과 n형 트랜지스터를 짝지어 쓰는 회로 방식. 대기 상태에서 전력을 거의 안 써서 디지털 칩의 기본 구조가 됐다.
GAA중급해설
Gate-All-Around게이트가 채널을 네 면 모두 감싸는 구조. 핀펫보다 전류 통제가 좋아 2nm 급 세대의 표준으로 넘어가고 있다.
GaN중급해설
Gallium Nitride고주파·고효율에 강한 화합물 반도체. 충전기와 통신용 전력증폭기 쪽에서 자리를 넓혔다.
SiC중급해설
Silicon Carbide실리콘보다 높은 전압·온도를 견디는 화합물 반도체. 전기차 인버터처럼 전력 손실이 곧 주행거리인 곳에서 쓰인다.