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상세정보

펄스파워용 1400V급 MCT (MOS Controlled Thyristor) 기술

전수책임자
박건식
참여자
권성규, 박건식, 원종일, 이성현, 임종원, 장현규, 정동윤, 조두형
기술이전수
1
이전연도
2021
협약과제
19VU1700, 국방 무기체계용 핵심 반도체 부품 자립화 플랫폼 개발, 임종원
20VU1100, 국방 무기체계용 핵심 반도체 부품 자립화 플랫폼 개발, 임종원
펄스파워용 1400V급 MCT (MOS Controlled Thyristor) 소자/공정 설계 및 제작 기술
- 세부기술(1) : -5V/5V 게이트전압으로 동작하는 펄스파워용 1400V급 MCT 기술
- 세부기술(2) : 0V/5V 게이트전압으로 동작하는 펄스파워용 1400V급 MCT 기술
- 대상기술은 1400V급 실리콘 고전압스위치인 MCT (MOS Controlled Thyristor)로써 펄스파워 응용분야에서 큰 피크전류와 높은 di/dt 특성을 가지는 전력반도체 소자임.

- MCT는 MOS Gate로 On/Off가 가능한 Thyristor 계열 전력반도체로써, Power MOSFET이나 IGBT 등의 전력반도체보다 높은 전류밀도에서 전압손실이 적고, 특히 턴-온시 큰 피크전류와 높은 di/dt 특성을 가져 군수·민수용 펄스파워 응용분야에 큰 장점을 가짐.

- 1400V급 MCT는 미사일 신관 기폭부 등 군수분야 핵심부품으로 미국 Silicon Power Corp.이 독점공급하고 있어 (EL품목) 공급에 제한을 받고 있으며 이에 대한 부품 국산화가 반드시 필요함.

- MCT의 민수분야 응용은 현재 제한적이지만 기술 상용화 후 적용분야 발굴 및 시장을 개척할 경우 대전력분야에서 다양한 전력부품의 효율을 향상시킬 수 있어 부품 성능 향상 및 에너지를 절감할 수 있음

- 본 기술이전을 통하여 펄스파워용 1400V급 MCT 기술을 국내업체에 기술이전함으로써, 방산 분야 뿐만 아니라 입자가속기, 대전력 펄스전류 전송 등 기간산업용 전력부품 뿐만 아니라, 각종 가전기기, 신재생/대체 에너지, 전기자동차 등에 사용되는 전력반도체 소자 및 부품 개발을 앞당길 수 있어 수입대체 및 수출효과를 가져올 수 있으며, 관련 제품의 국가 경쟁력을 향상시킴.
큰 피크 펄스전류, 높은 di/dt 및 높은 전류밀도와 낮은 전압손실 특성을 갖는 1400V급 MCT (MOS Controlled Thyristor)에 대한 소자설계, 공정설계 및 제작 기술
ㅇ 세부기술(1) : -5V/5V 게이트전압으로 동작하는 펄스파워용 1400V급 MCT 기술
. 순방향 항복전압 (@VG=-5V) ≥ 1600V
. 누설전류 (@VA=1400V, VG=-5V) ≤ 0.1㎂
. MCT 턴-온 게이트 전압 (@VA ≥ 10V) ≤ 5V
. MCT 턴-오프 게이트 전압 (@IA = 5V) ≥ -5V (예를 들어 -2V)
. 순방향 전압(@VG=5V, IA=5A) ≤ 1.5V
. 피크펄스전류(@VA=1200V, VG=-5V to 5V) ≥ 1kA
. 펄스전류상승기울기(@VA=1200V, VG=-5V to 5V) ≥ 10kA/㎲

ㅇ 세부기술(2) : 0V/5V 게이트전압으로 동작하는 펄스파워용 1400V급 MCT 기술
. 순방향 항복전압 (@VG=0V) ≥ 1600V
. 누설전류 (@VA=1400V, VG=0V) ≤ 0.1㎂
. MCT 턴-온 게이트 전압 (@VA ≥ 10V) ≤ 5V
. MCT 턴-오프 게이트 전압 (@IA = 5V) ≥ 0V
. 순방향 전압(@VG=5V, IA=5A) ≤ 1.5V
. 피크펄스전류(@VA=1200V, VG=0V to 5V) ≥ 1kA
. 펄스전류상승기울기(@VA=1200V, VG=0V to 5V) ≥ 10kA/㎲
ㅇ 세부기술(1) : -5V/5V 게이트전압으로 동작하는 펄스파워용 1400V급 MCT 기술
. -5V/5V 게이트전압으로 동작하는 1400V급 MCT 소자/공정 설계 기술
. -5V/5V 게이트전압으로 동작하는 1400V급 MCT 제작 기술
. 이전기술에 대한 요구사항정의서, 시험절차 결과서, 상세설계서, 연구결과 문서 (Technical Memo).

ㅇ 세부기술(2) : 0V/5V 게이트전압으로 동작하는 펄스파워용 1400V급 MCT 기술
. 0V/5V 게이트전압으로 동작하는 1400V급 MCT 소자/공정 설계 기술
. 0V/5V 게이트전압으로 동작하는 1400V급 MCT 제작 기술
. 이전기술에 대한 요구사항정의서, 시험절차 결과서, 상세설계서, 연구결과 문서 (Technical Memo).
- 전력반도체 소자 중 MCT는 IGBT, power BJT, power MOSFET 등의 다른 전력소자에 비하여 높은 전류 구동 영역에서 우수한 전압손실 특성을 가지고, 특히 펄스파워 응용분야에서 큰 피크전류와 높은 di/dt 특성을 나타냄.
- 1400V급 MCT 소자는 pulse power 응용분야 중 군수용 미사일 기폭장치의 핵심부품으로 사용되고 있음.
- MCT를 이용한 기폭 장치는 기존의 gas switch나 vacuum switch와 비교하여 동작 전압이 낮고, 안정성이 우수한 등 많은 장점을 가지고 있으며, nMCT를 이용한 기폭 스위치는 pulse-life, timing accuracy, stability 등에서 큰 장점을 가지고 있어 3세대 미사일 기폭 스위치로 각광을 받고 있음.

- 펄스파워용 반도체 고전압스위치는 미사일 전자식안전장전장치(ESAD), 레일건 등의 전자기력 추진장치, 고에너지 기폭장치 등 큰 펄스전류와 높은 전류상승기울기 특성이 요구되는 국방분야 전력시스템용 부품으로 활용 가능함.
- 민수분야의 경우 고전압직류(HVDC) 전송, 전동차/전기항공기, UPS, 유도가열장치 등 산업기기용 대용량 전원시스템 및 입자 가속기, 플라즈마 생성 장치, 나노분말 제조, 친환경 수처리/가스처리 등의 다양한 펄스파워 응용분야에 활용 가능함.
- 고전압 MCT 소자기술의 확보는 1000V~3000V급 IGBT, Power MOSFET 등 다양한 전압/전류 레벨의 전력반도체 개발의 기반이 될 수 있으며, 각종 가전기기, 신재생/대체 에너지, 전기자동차 등에 사용되는 전력반도체 소자 및 부품 개발을 앞당길 수 있음.