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개발 스토리
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간 (GAN) (질화물)은 차세대 전력 반도체 재료로 관심을 끌고 있습니다 mgm 바카라은 또한 국가 프로젝트를 사용하여 연구 개발을 발전시키고 있으며 현재 세계를 이끌고 있습니다 우리는 시행 착오를 통해 GAN Power Semiconductors를 상용화하려는 개발자를 인터뷰했습니다
간 연구는 "나침반이없는 보물 사냥"
간 웨이퍼
전기를 사용할 때는 전원 반도체가 필수적입니다 또한 EVS (전기 자동차)와 같은 전기 자동차 및 재생 가능 에너지를 포함한 사용을 확장했습니다 오랫동안 주류 기판 재료였던 Si (실리콘)는 저렴하고 처리하기 쉽고 품질이 안정되어 있습니다 그러나 탈탄화 경향 속에서 에너지 절약, 작은 크기 및 체중 감소와 같은 전력 반도체에 필요한 장애물이 빠르게 증가했습니다 Si로 덮을 수없는 많은 것들이 있습니다
따라서 차세대 전력 반도체 재료의 연구 및 개발이 현재 진행 중입니다 사회가 큰 전류와 고전압을 견딜 수있는 저 손실 SIC (실리콘 카바이드)를 구현함에 따라 GAN은 다음으로 가장 인기있는 전력 반도체 재료입니다
Kondo, 기술 개발 본부, 차세대 반도체 그룹
회사에서 5 년째에 기술 개발 본부의 Kondo는 학생 시절부터 GAN을 조사하기 시작했습니다 많은 사람들은 자신의 본성이 무엇인지 알지 못하며 모든 도전은 차례로 나타납니다
"해결되지 않은 많은 것들이 있지만, 철저한 연구를 계속하면서 높은 잠재력을 엿볼 수 있습니다 나침반없이 보물을 사냥하는 것처럼 느껴집니다" Kondo는 계속됩니다 "하지만 GAN의 능력을 극대화 할 수 있도록 연구를 계속하고 싶은 이유입니다"
전압 저항은 SI의 10 배입니다
간 웨이퍼에 다이오드 형성
간의 주요 특성은 "고전압 저항"과 "낮은 손실"입니다 GAN은 SI의 전압 저항 성능의 10 배를 가지며 SIC에 비해 전력 손실을 절반 미만으로 줄일 수 있습니다 따라서 전력 반도체는 추가로 소형화되고 에너지 절약이 실현 될 것으로 예상됩니다
Gan Research가 가속화 된 전환점은 2014 년에 3 명의 일본 연구원이 GAN으로 만든 "파란색 LED"개발에 대한 노벨 물리학상을 수상했을 때였습니다 그해에 mgm 바카라은 "수직 Gan-Mosfet"을 실현하기 위해 대학과 같은 대학과 같은 보드 제조업체 및 연구소와 협력하여 Gan Power Semiconductor Development에 관한 국가 프로젝트를 시작했습니다
당시 대학생 인 Kondo는 다음과 같이 회상합니다 "많은 회사가 GAN을 사용하여 가벼운 방출 장치에 대한 연구를 진행하고 있지만 이미 상용화 된 회사는 거의 없지만 GAN을 전력 반도체로 연구해온 회사는 거의 없습니다 나는 mgm 바카라의 각 구성원이 연구에 열심히 일하고 있다는 인상을 받았습니다"
GAN의 가능성을 테스트하고 싶습니다 이것을 생각하면 Kondo는 mgm 바카라에 합류했습니다
국가 프로젝트에 기여하고 "수직"개발에 중점을 둡니다
처음에는 "수직 간 모스 프트"란 무엇입니까?
"MOSFET"은 전류를 켜고 끄는 전환 기능이있는 전자 구성 요소 (트랜지스터) 유형입니다 트랜지스터 구조에는 두 가지 유형의 트랜지스터 구조가 있습니다 : "수평"은 현재 수평으로 흐르고 수직으로 흐르는 "수직"
"수평"유형은 저전압과 낮은 전류에 적합하며 컴퓨터 용 AC 어댑터 및 휴대폰 용 Ultra-Compact 빠른 충전기에 이미 사용되며 인기가 있습니다 내용 전압을 높이기 위해 영역이 수평으로 넓어 야하는 수평 유형과 달리, 수직 유형은 영역을 변경하지 않고 내재 전압을 증가시키고 큰 전류를 처리 할 수 있기 때문에 더 큰 전력 전자 장치에 적용하는 데 적합합니다 그러나, 수직 유형의 경우, 고품질 단결정 기판에 전력 반도체 요소를 형성하는 것이 필수적이며, GAN에서 불가능하다고 말한 Ion Implantation (Note)을 사용하여 구조를 만들어야합니다 이러한 이유로 연구는 잘 진행되지 않았습니다
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(참고)
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고전압으로 이온화하고 가속하여 반도체 웨이퍼에 불순물을 이식하는 방법
보드 제조업체와 관련된 "수직 Gan-Mosfets"에 대한 연구는 2014 년에 국가 프로젝트로 시작되었으며 지금까지 불가능한 개발은 한 번에 가속화되었습니다 Gan을 조기에 연구하고 많은 특허를 보유한 일본은 세계를 이끌 수 있으므로 Gan Power Semiconductors의 개발도 경제 안보의 관점에서 점점 더 중요 해지고 있습니다
mgm 바카라은 Nagoya University 대학원 교수 인 Amano Hiroshi와 일본의 많은 대학 및 연구 기관과 협력하여 개발을 수행했으며 중요한 수직 기술인 Ion Implantation을 사용하여 MOSFET 기기를 성공적으로 운영했습니다 그것은 GAN 전원 장치를 실현할 수있는 길을 열었습니다
GAN 특성을 활용하는 전기 자동차에 적용 가능
GAN은 EVS와 같은 중간 견실 전압 (600V ~ 12kV)에 적합하며 전기 자동차의 전력 변환기에 설치된 전력 반도체로 사용될 것으로 예상됩니다 전력 컨버터가 작을수록 내부 공간이 클수록 손실이 작아 배터리 수명을 증가시키고 마일리지가 증가합니다
향후 GAN의 대량 생산이 실현되면 비용이 SIC보다 낮을 것으로 예상됩니다
2019 년, mgm 바카라은 실험실 규모에서 GAN 전력 반도체의 운영 시연을 확인한 최초의 회사였습니다 이 회사는 안전과 비용을 개선하고 2030 년부터 상업화하는 것을 목표로합니다
시행 착오를 계속하는 개발 사이트
분석 및 분석 연구 부서, 기술 개발 본부
mgm 바카라은 현재 GAN 전력 반도체를 상용화하는 과정에서 반복적 인 시행 착오를 겪고 있습니다 우리는 개발 현장의 중앙에있는 회원들과 이야기를 나 spoke습니다
이론적으로 반도체의 특성을 계산하고 시뮬레이션하는 Ouchi는 "간과 SIC는 완전히 다른 특성을 가지고있다"고 말합니다
"웨이퍼 표면에 산화물 필름을 만들어 반도체의 특성이 드러납니다 SI와 SIC는 비교적 쉽게 산화물 필름을 만들 수 있지만 GAN은 표면이 산화 될 때 반도체의 특성을 보여줄 수 없습니다"
그래서 우리는 이제 다른 재료로 만든 산화물 필름이 Gan에 결합되는 접근법에서 시행 착오입니다
"간의 표면이 재료의 유형과 접착 방법에 따라 순간적으로 산화 될 것이기 때문에 간을 깨끗하게 산화물 필름에 부착하는 것은 매우 어렵다"
"SI 디자인과 비교하여 간은 "
Suganuma, 차세대 반도체 그룹, 기술 개발 본부
올해 4 월부터 GAN Power Semiconductor Development 팀에 합류 한 Suganuma는 Matsumoto Factory의 반도체 장치 개발 부서에서 SI를 다루고 있습니다 그들이 간을 설계하고 평가할 때마다 매일 놀랍게도 "간과 Si 사이에는 그러한 차이가 있습니다"
"실제로 장치를 사용할 때"이것은 속성으로 여겨지는 계산을 시뮬레이션하더라도 특성은 계산 된대로 나오지 않습니다 Gan을 연구하기 위해 고군분투하고 있습니다 "
"자유도가 높은 연구 방법은 요리처럼 요리하게 만듭니다"
그러나 Gan은 전력 반도체에 사용되는 반도체 재료로 중요한 위치를 차지할 수 있습니다 그래서 그들 중 세 명은 그들의 연구를 계속할 것입니다
"나는간에 대해 모르겠으므로 연구 개발에 자유의 자유가 높습니다 요리와 마찬가지로 재료를 바꾸거나 레시피의 순서를 바꾸면 완전히 다른 것들을 얻을 수 있습니다 유연한 아이디어로 다양한 방법을 시험해 볼 수 있습니다
우리는 세 사람에게 학생들 (왼쪽부터)을 위해 단어를 써달라고 요청했습니다
"회사에 합류 한 후에 생각하는 것은 긍정적 인 태도로 정보를 수집하는 태도를 갖는 것이 중요하다는 것입니다 연구원들은 학업 회의에서도 프레젠테이션을 가지고 있으므로 무서워하지 않고 도전에 도전하는 것이 중요합니다"(Suganuma)
"연구 개발에서 나는"작동하지 않는 것들을 즐기려고 노력합니다 "나는 느슨해지지 않고 운동하지 않는 것들을 즐기고 운동하지 않는 사람들조차도 즐길 수 있기를 바랍니다" (ouchi)
"나는 아무도 모르는 것을 공부하고 있습니다 실패는 분명합니다 나는 당신이 자신에게 도전하고 싶고 성공이 실패 할 수 없다고 믿는다면 문제를 해결할 수 있다고 생각합니다"(Kondo)
그 중 세 명은 점차 미스터리를 풀었습니다 mgm 바카라이 연구하고있는 Gan은 반도체의 혁신을위한 글로벌 경쟁에서 중요한 핵심이 될 것입니다
