SI - Transistor / SI

SI - Transistor / SI - Thyristor / MCT(MOS Controlled Thyristor)

가. 개요

SI(Static Induction)소자는 접합게이트에 인가하는 전압에 의해 에미터전류를 제어하는 전압제어형 소자로서 SI 트랜지스터는 수십㎒의 고주파발진기나 증폭기 등에 이용되는 고속용 소자인 반면 SI 사이리스터는 고내압용으로 적합하고 GTO 보다 고속이며 dV/dt 및 di/dt 내량이 우수하기 때문에 고내압 고속의 수위치로 인버터 등에 주로 사용되고 있다. 현재 4KV/400A의 역도통 SI 사이리스터가 사용되고 있지만 4.5KV/1 KA급 용량의 소자의 개발을 목전에 두고 있다.

나. 구조 및 원리

1. SIT(Static Induction Transistor)

다음의 SIT 구조는 정상 on형(normal on type)으로서, gate ㅎ와 Source S간에 전압을 인가하지 않으면 drain D와 Source S 간이 on 상태로 되고, G와 S 사이를 역바이어스 하면 게이트와 연결된 p+ 둘레에 공핍층이 형성되어 D,S사이가 off 상태로 된다.
정상 on형은 전원스위치를 넣었을 때 이 소자를 이용한 컨버터를 단락시킬 우려가 있으므로 전원스위치를 넣을 때 컨버터가 off 되도록 안정장치를 삽입시켜야 한다

SI 트랜지스터의 특징

유니폴라 스의치로서 Tail 전류가 작고, 고속 스위칭 동작이 가능하다.
고내압/대용량의 제품제작이 가능하고 전력밀도를 높일 수 있다.
파워 Mosfet와 비교해서 on 저항이 크고 도통손실도 많지만 SIT는 병렬접속이 용이함으로써 병렬합성저항을 저하시킬수 있어 대전류화가 가능하다.
파워 Mosfet와 비교해 채널부분의 구조가 단순하므로 전류서지에 강하다.
구동,보호회로가 복잡해진다
SIT는 이러한 특징에 의해 정격이 큰 소자는 주파수가 100㎑~400㎑대의 대전력 인버터에 사용되며 특히 고주파 특성을 개선한 소자는 ㎒대의 고주파 인버터에 사용이 가능하다.

2. SITh(Static Induction Thyristor)

SIT 구조의 drain D쪽에 p층을 추가한 것으로서 on시에는 p+에서 n영역으로 hole이 주입하여 n 영역의 전도도를 향상시켜 on 전압강하를 감소시켜준다.

3. MCT(MOS Controlled Thyristor)

gate 단자 G와 anode 단자 A에 G가 (-)가 되도록 음의 펄스를 인가하면 턴온으로 latch up하고 G와 A 사이에 양의 펄스를 인가하면 턴오프로 latch up한다. 즉, G,K간을 음으로 바이어스 하면 on FET는 n이 p channel로 만들어져서 턴온되어 npn형 트랜지스터에 베이스전류가 흐르게 되며 사이리스터에서와 같이 npn형 트랜지스터와 pnp형 트랜지스터 사이의 증폭작용으로 인하여 두 트랜지스터가 포화상태로 되어 MCT가 턴온되고, 또한, G,K간을 반대로 양으로 바이어스 하면 off FET에서 p 층이 pnp형 트랜지스터의 베이스와 이미터가 단락되므로 MCT는 턴오프하게 된다.
MCT의 턴오프는 충전전류에 의하므로 전류이득이 GTO 보다 훨씬크며, ICBT 보다 스위칭 속도가 빠르고 on 전압강하가 낮다. 한편 현재로서는 역전압 저지능력이 매우 낮은 단점이 있다.