SiC 전력반도체 오작동 메커니즘 분석 성과로 박사과정 부문 수상

한국에너지공과대학교(KENTECH)는 에너지공학부 강혜민 교수 연구실의 장태현 대학원생(석·박사 통합과정)이 ‘제1회 현대모비스 전동화 우수논문대회’에서 박사과정 최우수상을 수상했다고 1월 23일 밝혔다.

현대모비스 전동화 우수논문대회는 전동화 및 미래 모빌리티 핵심 기술 분야의 연구 성과를 대상으로 우수 인재를 발굴하기 위해 올해 처음 개최된 학술 논문 대회다. 전동화 기술 경쟁력 강화를 목적으로 시상이 이뤄졌다.

장태현 학생은 전기차(EV) 전력 변환 장치의 핵심 소자인 탄화규소(SiC) 전력반도체에서 발생하는 오작동(False Turn-on) 메커니즘을 정밀하게 분석한 연구 성과를 인정받았다. 최근 전기차 산업에서는 에너지 효율 향상을 위해 기존 실리콘(Si) 반도체보다 스위칭 속도가 빠르고 고전압에 강한 SiC MOSFET 채택이 확대되고 있다. 그러나 스위칭 속도가 빨라질수록 소자 내부와 패키지에서 발생하는 기생 인덕턴스와 높은 전류 변화율(di/dt)이 상호작용해, 소자가 의도치 않게 켜지는 오작동 현상이 나타난다는 문제가 제기돼 왔다.

장태현 학생은 하이브릿지 회로 구조 내 하이사이드(High-side) 바디 다이오드의 역회복 과정에서 발생하는 ‘전류 험프(Current Hump)’ 현상에 주목해 이를 분석했다. TCAD(Technology Computer-Aided Design) 시뮬레이션을 활용해 기존 3단자 소자 모델을 5단자 구조로 확장하고, 소자 내부의 변위 전류와 채널 전류 흐름을 각각 분리해 분석하는 기법을 적용했다.

연구 결과, 패키지 금속 리드 길이에 따라 기생 인덕턴스의 영향이 크게 달라지며 오작동 가능성이 급격히 높아질 수 있음이 확인됐다. 또한 일반적으로 스위칭 속도가 느릴 경우 비교적 안전하다는 통념과 달리, 부하 전류 수준이 높을 때는 스위칭 속도가 느려져도 전류 변동 폭의 영향으로 오작동이 더 쉽게 발생할 수 있다는 점도 규명됐다.

장태현 학생은 “전동화 분야 기술 혁신을 선도하는 현대모비스에서 처음 개최한 논문대회에서 박사과정 최우수상을 받게 되어 뜻깊다”며 “지도교수인 강혜민 교수의 지도와 연구실 구성원들의 지원 덕분에 소자 내부의 물리적 현상을 깊이 있게 분석할 수 있었다”고 소감을 밝혔다. 이어 “이번 연구 결과가 전기차용 전력 모듈 설계 최적화와 안정성 확보에 도움이 되기를 기대한다”고 말했다 .