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과장 광고 없음: SiC MOSFET의 구현

우리는 광고로 둘러싸인 세계에 살고 있습니다. 영화, TV 프로그램, 편의를 위한 앱 등 모든 종류의 제품과 서비스가 버젓이 숨 가쁘게 광고됩니다. 출시하기도 전부터 광고하는 경우도 많죠. 몇 년 전의 코어 홍보(PR) 머신이 크게 각광을 받아 소셜 미디어, 후원을 받는 인기 게시물, PPL 광고 등 다양한 분야에 적용되었습니다.

전통적으로 광고가 비교적 활발하지 않았던 전자 업계도 이러한 광고 추세에 합류했습니다. 의심이 든다면, 10만 명이 넘는 사람들과 수백 곳의 기업이 참여하여 경쟁이 치열한 주목을 받기 위해 고군분투하는 CES(전 세계 가전제품 박람회, Consumer Electronics Show)를 생각해 보세요.

실제 광고 비즈니스가 워낙 일상화되어 시장 컨설팅 기업인 Gartner에서는 표준 양식에 따라 신기술에 대한 연간 광고 그래프를 발표합니다(그림 1). 그리고 매년 그래프를 업데이트하면서 항목을 추가하거나 이동합니다(그림 2). 물론 무엇이 곡선 어느 위치에 포함되어야 하는지에 대해서는 사람마다 의견이 다를 수 있습니다.

그림 1: 일반적인 광고 주기 양식을 사용하여 기술 개발이 초기 컨셉부터 도입과 폭넓은 활용까지 수명 주기의 어느 위치에 있는지는 시각적으로 확인할 수 있습니다. (이미지 출처: Wikipedia)

그림 2: Gartner 2018년 신기술 광고 주기1은 하나의 관점을 제공할 뿐이지만 약속, 기대와 현실을 재검토해야 할 필요성을 느끼게 해 줍니다. (이미지 출처: Gartner)

이제 소비자 가전에도 광고가 일상화되었지만 주요 지원 분야에서는 보통 이를 피해왔습니다. 예를 들어 연간 응용 전력전자 학회(APEC, Applied Power Electronics Conference) 행사는 참가율과 보도율도 높지만 광고의 비중은 CES와 현저히 차이가 납니다. 벤더가 출시한 제품과 곧 출시할 제품을 선보이는 것은 사실이지만 소개의 비중은 CES에 비해 낮습니다. 아이러니하게도 APEC에서 선보인 개발 제품이 나중에 CES에 등장하는 경우가 많습니다.

전력과 관련한 발전이 절제되어 있는 것은 아마도 전력 부품과 설계를 담당하는 사람들이 보수적이기 때문일 겁니다. 일반적으로 전력에 관련한 커뮤니티는 주의 깊고 설계에 있어 보수적이며 신기술이 다양한 제품에서 장기간 작동을 거쳐 입증되기 전에는 이러한 파격적인 신기술에 모든 것을 걸지 않으려 하는 경향이 있습니다. 또한 화려하지는 않지만 우수한 전원 공급 장치가 견고한 제품의 기반이며 전원 공급의 부족은 업그레이드를 다운로드하는 등의 방식으로 사후에 해결하는 것이 불가능함을 잘 알고 있습니다.

수십 년간 연구되어온 실리콘 카바이드(SiC) 기반 MOSFET 기술을 생각해 보겠습니다. 이러한 연구는 MOSFET 기술이 실리콘만을 사용한 MOSFET에 비해 전력 소자의 성능에 혁신을 가져오리라는 과장된 기대를 바탕으로 한 것이 아닙니다. 오히려 조심스러운 낙관주의를 “아직도 개선해야 할 것이 남아있다”는 생각으로 절제해 왔습니다. 그러나 이제 SiC MOSFET에 관한 아주 좋은 소식이 있습니다. 벤더들이 꾸준히 기술적인 개선을 이루어 온 결과 이 기술이 전력 변환 설계에 적용되고 있습니다.

이러한 장치에 대한 시장의 규모와 성장 속도는 어느 정도일까요? 물론 답은 누구에게 묻느냐에 따라 달라집니다. MarketWatch2의 전망에 따르면 SiC 전력 소자의 세계 시장은 2018년 ~ 2023년 사이에 연평균 성장률(CAGR)이 35.73%에 이를 것으로 보입니다. (5년 동안 4자릿수 성장은 놀라운 수치입니다. 개인적으로 이는 터무니없으며 추정치에 대한 신뢰도가 떨어진다고 생각합니다.) Yole Developpement3의 예측에 따르면 2019년의 시장 규모는 4억6천1백만 달러에 이르며 연평균 성장률은 31%에 “불과”합니다. 세 번째 연구에 따르면 2025년까지 시장 규모는 60억 4천만 달러에 이르며 연평균 성장률은 15.7%입니다.

어떤 수치를 선택하든(위의 추정 말고도 다양한 연구 결과가 있음) 명확한 사실은 SiC 기반 장치가 이제 다양한 설계로 구현 가능하며 전기 자동차(EV)부터 모터 구동과 대체 에너지 서브 시스템까지 여러 응용 분야에 폭넓게 사용된다는 점입니다. 이 중 많은 부분이 오늘날의 SiC MOSFET이 발전된 형태의 2세대, 그리고 때로는 3세대 부품이라는 사실 덕분에 가능합니다.

예를 들어, Cree는 2011년 최초의 Si 기반 MOSFET 상용 패키지를 출시한 이래로 두 세대가 추가적으로 개발되었습니다. Cree C3M0075120K(표 1)와 같은 3세대 장치의 경우 파라미터에 따라 최고 수준의 사양이 20% ~ 100% 향상되어 상당한 발전을 보입니다.

표 1: 3세대 장치인 Cree C3M0075120K의 최고 사양은 이 SiC 기반 MOSFET 기술 발전을 부분적으로만 보여줍니다. (이미지 출처: Cree)

또 다른 중요한 점은 벤더, 응용 분야 엔지니어, 설계자가 이러한 전력 소자의 특성에 대해 더 잘 알게 되었다는 것입니다. 솔직히 말해 모든 유형의 MOSFET은 구동 요구 사항, 전원을 켜고 끄는 특성, 열 문제, 부하 토폴로지에 관련한 세부 사항이 지나치게 많습니다. 언뜻 납득이 되지 않을 수도 있지만 이러한 3단자 장치에는 공칭 온도와 극한 온도에서 다양한 정적 성능과 동적 성능을 나타내는 엄청난 양의 규격서 그래프가 있습니다. 잘 알려진 안전 동작 영역(SOA)은 수많은 그래프 중 하나에 불과합니다.

다행히 SiC FET에는 여러 다른 기술에 동반되는 광고가 없었습니다. 광고가 수반되었다면 이 기술의 특성에 적합하지 않았을 것입니다. 이와는 반대로 수년 전 3D TV가 대표적인 차세대 기술로 홍보되었던 것을 기억하시나요? 진정한 사용자 니즈가 있었던 것일까요? 아니면 이미 설치된 TV를 단종하여 새로운 TV를 구매하도록 하려는 벤더의 욕심이었을까요? (답은 이미 알고 계실 겁니다)

인공 지능(AI), 5G, 자율 주행 차량, 퀀텀 컴퓨팅은 어떨까요? 이러한 기술들은 분명 크게 홍보되고 있으며 이제 심지어 빛이 바래고 있는 경우도 있습니다. (자율 주행 자동차는 홍보되는 것보다 훨씬 멀리에 있는 것 같습니다. 놀랄 것도 없죠.) 이러한 자동차로 인해 사고율과 사망률이 몇 퍼센트 감소할 것이라고 자신 있게 보도한 여러 언론인들에게 도대체 어떤 증거를 기반으로 한 것인지 물어도 될까요?

우리 업계의 전력 관련 분야가 지금까지 그러한 길을 따르기를 거부하고 본질에 다가가고 한 번에 한 단계씩 발표하는 데에 중점을 두어 왔다는 것은 바람직한 일입니다. 안심입니다. 제 전원 공급 장치가 “허풍”으로 돌아가는 것이 아니라 (최소한의) “훈풍”을 만들어 내기를 원하니까요. 더욱 바람직한 일은, 지난 10년간 Gartner 광고 차트를 확인한 결과 SiC는 어디에서도 찾아볼 수 없었다는 점입니다. 스위칭 전력 부품 분야에 보이지 않는 혁명을 일으켜 온 것입니다.

 

참고 자료:

1 – 5 Trends Emerge in the Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies

(https://www.gartner.com/smarterwithgartner/5-trends-emerge-in-gartner-hype-cycle-for-emerging-technologies-2018/)

2 – Global Silicon Carbide (SiC) Power Devices Market 2019-2023 | Industry Analysis of Semiconductor & Electronics sector by Region, Growth expected to reach at CAGR of 35.73%

(https://www.marketwatch.com/press-release/global-silicon-carbide-sic-power-devices-market-2019-2023industry-analysis-of-semiconductor-electronics-sector-by-region-growth-expected-to-reach-at-cagr-of-3573-2019-08-30)

3 – GaN and SiC power device: market overview (Dr. Milan Rosina)

(http://www1.semi.org/eu/sites/semi.org/files/events/presentations/02_Milan%20Rosina_Yole.pdf)

작성자 정보

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Bill Schweber는 전자 엔지니어로서 전자 통신 시스템에 관한 세 권의 교과서를 집필하고 수백 건의 기술 자료, 의견 칼럼 및 제품 특집 기사를 기고해 왔습니다. 이전에는 EE Times의 다양한 주제별 사이트 관련 기술 웹 사이트 관리자와 EDN의 편집장 및 아날로그 편집자를 역임한 바 있습니다.

Analog Devices, Inc.(아날로그 및 혼합 신호 IC 업계를 선도하는 판매업체)에서는 마케팅 통신(홍보 관련)을 담당했습니다. 결과적으로 Bill은 미디어에 회사 제품, 사례, 메시지를 제공하는 기술적 PR 역할과 이러한 내용을 받는 미디어 역할 모두를 경험했습니다.

Analog의 마케팅 통신을 담당하기 전에는 평판 있는 기술 저널에서 편집장을 역임했으며 제품 마케팅 및 응용 엔지니어링 그룹에서도 근무했습니다. 그 이전에는 Instron Corp.에서 아날로그 및 전력 회로 설계와 재료 시험 기계 제어를 위한 시스템 통합 실무를 담당했습니다.

Bill은 MSEE(메사추세츠 주립대학교) 및 BSEE(컬럼비아 대학교) 학위를 취득한 공인 전문 엔지니어이자 어드밴스드 클래스 아마추어 무선 통신 면허를 보유하고 있습니다. 또한 MOSFET 기본 사항, ADC 선택, LED 구동을 비롯한 다양한 엔지니어링 주제에 관한 온라인 과정을 계획 및 작성하여 제공하고 있습니다.

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