전력 장치는 계산하고 저장하는 로직 칩과는 다른 차원에 살고 있습니다.
엔진, 모터, 그리드, 포효하는 에너지 등의 동작을 처리합니다.
이들이 만드는 각 스위치는 말 그대로 두꺼운 실리콘 층을 통해 전류가 범람하면서 무게를 운반합니다.
여기서 효율성은 각각에 느껴지는 방식이 중요합니다: 모든 손실된 와트가 열로 변하고, 모든 느린 전원이 켜질 때마다 시간이 낭비됩니다.
전력 전자기기는 전압에만 국한된 것이 아닙니다.
지구력, 다른 모든 것이 연소될 때에도 계속해서 작동할 수 있는 무언가를 만드는 것이 중요합니다.
IGBT
절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)는 타협으로 전환된 성공 사례입니다.
이 트랜지스터는 MOSFET의 속도와 바이폴라 트랜지스터의 강도를 혼합하여 한때에는 너무 멀리 떨어져 있다고만 생각했던 두 세계를 연결합니다.
전기 자동차와 산업용 드라이브에서는 거대한 전류를 섬세한 정밀도로 제어합니다.
전환하면 모터가 시작되고 터빈이 회전하며 빛이 다시 살아나는 것처럼 눈에 보이는 효과가 나타납니다.
하지만 그 내부는 깨지기 쉽습니다.
운반선은 좁은 문을 통해 군중처럼 실리콘을 통해 넘쳐납니다.
각 전환마다 열, 스트레스, 피로가 발생합니다.
엔지니어들은 새로운 구조물, 트렌치 게이트, 소프트 스위칭 기술로 반격하여 한 번만 작동하는 것이 아니라 영원히 파괴되지 않고 작동하는 무언가를 만들려고 최선을 다해 노력합니다.
쇼트키 다이오드
쇼트키 다이오드는 간단합니다.
금속은 반도체와 만나고 전류는 한 방향으로만 흐르며 다른 방향으로는 흐르지 않습니다.
접합점도 없고, 저장된 전하도 없고, 기다림도 없습니다.
빠르고 효율적이며, 한계에 대해 잔인하도록 정직합니다.
하지만 이 다이오드가 형성하는 장벽은 넘을 수 없는 벽이 아니라 까다로운 경사면일 뿐입니다.
전자는 쉽게 미끄러지지만 다시 올라가기 위해 고군분투합니다.
이것이 바로 유용한 이유입니다.
컨버터와 정류기에서 쇼트키 다이오드는 리플을 부드러운 전류로 변환하여 전기를 회로의 다른 부분이 신뢰할 수 있는 형태로 만듭니다.
이 형태는 매우 섬세합니다.
고온과 역 누설이 발생합니다.
각 재료 선택, 각 나노미터의 접촉면이 작동 방식을 바꿉니다.
겉보기에는 간단해 보이지만 실제로는 속도와 생존 사이의 줄타기입니다.
와이드 밴드갭 재료
실리콘은 반세기 동안 이 산업을 지탱해 왔지만, 전력 장치는 더 높은 전압, 더 적은 손실, 더 빠른 대응 등 더 많은 것을 요구하기 시작했습니다.
바로 그때 탄화규소(SiC)와 질화갈륨(GaN)과 같은 넓은 밴드갭 소재가 등장했습니다.
밴드갭이 크다는 것은 더 강한 전기장, 얇은 층, 더 높은 효율성을 의미합니다.
이러한 특성을 무기 삼아 전기차 충전기, 태양열 인버터, 항공우주 시스템에서 새로운 표준이 되었습니다.
하지만 만들기는 쉽지 않습니다.
SiC 결정을 재배하는 데는 몇 주가 걸립니다.
GaN 장치는 현실에 거의 존재하지 않는 완벽한 기판이 필요합니다.
그럼에도 불구하고 너무나 이상적으로 작동합니다.
더 시원하고, 더 빠르게, 더 오래 지속됩니다.
에너지가 너무 많이 낭비되지 않고 이동할 필요가 없는 미래를 약속합니다.
파워 디바이스를 만드는 것은 반복적이고 때로는 지치는 작업이며, 층층이 쌓이고 테스트 후 또 테스트를 반복하는 것입니다.
이러한 반복이 기계적으로 느껴질 때도 있지만 사실은 그렇지 않습니다.
모든 웨이퍼, 모든 열 사이클, 모든 연마된 가장자리에는 핵심적인 의도가 있습니다.
사람들은 여전히 곡선을 손으로 확인하며 완벽한 스위치, 모든 것이 작동한다는 스코프의 깨끗한 선을 지켜봅니다.
때로는 고통스럽지만 모든 것이 똑같이 진행됩니다.
어쩌면 그게 요점일지도 모릅니다.
제어가 쉽게 느껴지지 않을 때까지 계속 정제하는 것입니다.
왜냐하면 어떻게든 그것이 바로 이 작업을 인간답게 만드는 이유이기 때문입니다.