초록 ▼

□ 연구개요
￭ 본 재도약연구에서는 고전압/고전류 초고주파 펄스형성기술의 핵심요소인 광전도반도체스위치(PCSS) 개발 및 응용 분야를 개척하고자 함. 이는 고전압/고전류 초고주파 펄스형성기술은 electromagnetic pulse(EMP), High Power Microwave(HPM)의 무기기술뿐만 아니라 고전압 직류전송(High Voltage DC)용 전력변환기 기술, 초광대역 레이더(Ultrawideband radar)등의 산업기술의 핵심요소임.
￭ 광전도 스위치는 최근 미국, 중국을 중심으로 개발되고 있으며, 특

□ 연구개요
￭ 본 재도약연구에서는 고전압/고전류 초고주파 펄스형성기술의 핵심요소인 광전도반도체스위치(PCSS) 개발 및 응용 분야를 개척하고자 함. 이는 고전압/고전류 초고주파 펄스형성기술은 electromagnetic pulse(EMP), High Power Microwave(HPM)의 무기기술뿐만 아니라 고전압 직류전송(High Voltage DC)용 전력변환기 기술, 초광대역 레이더(Ultrawideband radar)등의 산업기술의 핵심요소임.
￭ 광전도 스위치는 최근 미국, 중국을 중심으로 개발되고 있으며, 특히 미국의 Texas tech university에서 SARA기업과 협력하여 GaAs를 기반으로한 PCSS를 이용하여 EMP 형성기, Sandia National Laboratories 연구소에서 전력변환시스템 등을 개발하는 과제를 진행하였음. 중국에서는 SiC를 기반으로 한 PCSS연구들이 활발히 보고되고 있음.
￭ 본 과제에서는 5 kV, 700 A, Sub-Ω급 탄화규소(SiC)기반 PCSS 설계 및 시험을 목표로 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
￭ 5 kV, 700 A Sub-Ω급 SiC기반 광전도 반도체 스위치 개발 : 본 연구과제의 목표는 5kV, 700 A, Sub-Ω급 탄화규소(SiC)기반 광전도 스위치 설계 및 시험이며, 연구결과로 4.8 kV, 650A, 0.27 Ω급 광전도 스위치를 개발 및 시험하였음. 기존목표 대비 96%의 최대 동작전압 및 93%의 최대전류를 나타내었으며. 광전변환효율과 관련된 최소 소자저항은 기존목표 대비 370%의 성능을 나타냄. 최대동작전압인 4.8 kV에서는 표면에서의 섬락현상(Surface flashover)으로 전극에 손상이 나타나기 시작함.
￭ 추가적인 정성적 연구결과로 이온주입을 통한 오믹접합형성, 고전압에서의 광전도 특성분석, TCAD 시뮬레이션을 통한 전계완화형 종단구조 설계 등이 있으며, 후속연구를 통해 최대동작전압을 향상시킴으로써, 초고전력 반도체 소자개발이 기대됨.
￭ 5 kV, 700 A급 SiC PCSS 시험 및 평가기술 개발 : 고전압 및 RF 회로시스템 설계, 그리고 펄스형 레이저 및 광학부품을 통해 광전도 시험 시스템을 구축하였으며, 전력반도체소자의 광전도 특성분석을 진행하였음. 본 시스템은 최대 인가전압 10 kV까지 측정가능함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
￭ 고출력 펄스 형성 시스템(ex.막스 제너레이터)은 EMP 무기, HPM과 같은 군수응용, 이외에도 고출력 펄스 레이저 기술, 비(非)화학적 수질 정화기술, Medical Linear Accelerator, 핵융합기술 등 환경 및 의학 분야에도 응용됨. 최근 고전압 직류전송(HVDC)기술을 전력 인프라에 적용하기 위해서는 전력망에 접목시킬 수 있는 고전압용 전력변환기술이 수반되어야 함.
￭ 고전압 전력반도체 스위치개발은 위의 고출력 펄스 형성 시스템의 핵심 기술이며, 그 효용가치가 매우 높음.
￭ 본 연구과제에서는 세계최고수준의 광전효율을 지닌 SiC기반 고전압 반도체소자를 개발 및 시험하였으며, TCAD 시뮬레이션을 통한 종단구조 설계를 통해 동작전압의 향상을 기대할 수 있어, 초고전력 반도체소자의 후속연구 방향성을 제시함.
￭ 탄화규소(SiC)는 고전압 전력반도체소자의 핵심 소재로서 대두되고 있으며, SiC기반의 전력소자는 미국, 중국 등을 중심으로 연구개발이 활발히 이루어지고 있음.
￭ 미래 신재생 에너지의 전력수요가 증대됨에 따라 에너지 전력효율의 중요성이 매우 높아짐. 전력변환장치에 사용되는 전력반도체의 기술발전은 전력변환효율증대를 통한 비용절감을 이룰 수 있음.
￭ 전력반도체 기술의 국산화를 통한 국내자본의 유출을 방지할 수 있으며, 기술 선점을 통한 반도체 산업의 수출증대를 이룰 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 개요 ... 4
• 나. 연구의 필요성 ... 4
• 다. 연구의 범위 및 목표 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 가. 연구과제의 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 1) 연구결과의 중요성 ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• 끝페이지 ... 20