본 논문에서는 고온 환경에서의 대칭형 HV-MOSFET과 비대칭형 HV-MOSFET 구동 소자들의 채널길이, 확장 드레인 영역의 길이의 변화에 따른 전기적 특성변화를 실험을 통해 분석 하였으며 각각의 구조별로 고온 환경에서 확장 드레인의 길이와 채널 길이의 변화에 따른 전기적 특성을 분석하였다. 실험 결과 비대칭 구조는 400K의 온도에서 드레인 전류가 300K에서 보다 약 25% 이상 감소하였고, 트랜스 컨덕턴스는 약 40% 감소, 온 저항은 약 30% 증가 하는 것을 알 수 있었다. 이러한 변화는 주로 온도 증가에 따른 캐리어 이동도의 감소에 따른 현상으로 사료 된다. 대칭 구조의 경우는 비대칭 구조보다 드레인 전류와 트랜스 컨덕턴스의 변화폭이 적었으며 각각 20%, 35%감소를 보였으며, 온 저항은 확장 드레인영역이 길어져 35%의 더 큰 증가량을 보였다. 주로 고온 환경에서 동작하는 고전압 MOSFET(HV-MOSFET)의 설계 시에는 고온 환경을 고려한 소자의 설계가 요구되며, 각 설계변수의 최적화가 필요하다.
본 논문에서는 고온 환경에서의 대칭형 HV-MOSFET과 비대칭형 HV-MOSFET 구동 소자들의 채널길이, 확장 드레인 영역의 길이의 변화에 따른 전기적 특성변화를 실험을 통해 분석 하였으며 각각의 구조별로 고온 환경에서 확장 드레인의 길이와 채널 길이의 변화에 따른 전기적 특성을 분석하였다. 실험 결과 비대칭 구조는 400K의 온도에서 드레인 전류가 300K에서 보다 약 25% 이상 감소하였고, 트랜스 컨덕턴스는 약 40% 감소, 온 저항은 약 30% 증가 하는 것을 알 수 있었다. 이러한 변화는 주로 온도 증가에 따른 캐리어 이동도의 감소에 따른 현상으로 사료 된다. 대칭 구조의 경우는 비대칭 구조보다 드레인 전류와 트랜스 컨덕턴스의 변화폭이 적었으며 각각 20%, 35%감소를 보였으며, 온 저항은 확장 드레인영역이 길어져 35%의 더 큰 증가량을 보였다. 주로 고온 환경에서 동작하는 고전압 MOSFET(HV-MOSFET)의 설계 시에는 고온 환경을 고려한 소자의 설계가 요구되며, 각 설계변수의 최적화가 필요하다.
In this study, the electrical characteristics of Symmetric and Asymmetric High Voltage MOSFET(HV-MOSFET) under high temperature were investigated. And, the specific on-resistance, threshold voltage, transconductance, drain current of the HV-MOSFETs were measured over a temperatures range of 300K
In this study, the electrical characteristics of Symmetric and Asymmetric High Voltage MOSFET(HV-MOSFET) under high temperature were investigated. And, the specific on-resistance, threshold voltage, transconductance, drain current of the HV-MOSFETs were measured over a temperatures range of 300K ${\leq}$ T ${\leq}$400K. From the result of measured data, specific on-resistance increases slightly with increasing temperature. Especially, at high temperature(at 400K) specific on-resistance was increased about 30% than that in room temperature. And, in high temperature condition (at 400K), drain current was decreased about 30%, Also, transconductance(gm) was decreases with increasing temperature.
In this study, the electrical characteristics of Symmetric and Asymmetric High Voltage MOSFET(HV-MOSFET) under high temperature were investigated. And, the specific on-resistance, threshold voltage, transconductance, drain current of the HV-MOSFETs were measured over a temperatures range of 300K ${\leq}$ T ${\leq}$400K. From the result of measured data, specific on-resistance increases slightly with increasing temperature. Especially, at high temperature(at 400K) specific on-resistance was increased about 30% than that in room temperature. And, in high temperature condition (at 400K), drain current was decreased about 30%, Also, transconductance(gm) was decreases with increasing temperature.
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문제 정의
따라서 온도 상승에 따른 HV-MOSFET의 전기적 특성 저하가 최소화 되도록 설계되어야 한다. 따라서 본 논문에서는 고온 환경에서의 대칭형 HV-MOSFET과 비대칭형 HV-MOSFET 구동 소자들의 채널길이, 확장 드레인 영역의 길이의 변화에 따른 전기적 특성변화를 실험을 통해 분석 하였다.
따라서 높은 전압 및 전류 구동 능력과 스위칭 속도등이 소자의 성능을 결정하는 주요 요소가 된다. 따라서 본 연구에서는 다양한 온도에서의 HV-MOSFET 스위칭 성능을 파악하기 위해 300K에서 400K까지 온도 변화에 따른 온저항(Ron), 문턱전압(Vth), 드레인 전류, 및 트랜스컨덕턴스(Gm)의 측정 및 분석을 수행하였다.
따라서 온도 상승에 따른 HV-MOSFET의 전기적 특성 저하가 최소화 되도록 설계되어야 한다. 따라서 본 논문에서는 고온 환경에서의 대칭형 HV-MOSFET과 비대칭형 HV-MOSFET 구동 소자들의 채널길이, 확장 드레인 영역의 길이의 변화에 따른 전기적 특성변화를 실험을 통해 분석 하였다.
제안 방법
HV-MOSFET은 설계 변수에 따른 특성 변화를 알아보기 위해 소자의 폭(Width)은 20um로 고정하고, 채널길이(Lg) 와 확장 드레인영역 길이(Led)의 변화를 주었으며 표 2에 변화 값을 기술 하였다.
본 논문에서는 고온 환경에서의 대칭형 HV-MOSFET과 비대칭형 HV-MOSFET 구동 소자들의 채널길이, 확장 드레인 영역의 길이의 변화에 따른 전기적 특성변화를 실험을 통해 분석 하였다. 각각의 구조별로 고온 환경에서 확장 드레인의 길이와 채널 길이의 변화에 따른 전기적 특성을 분석하였다.
Ⅱ.실험
실험에서 HV-MOSFET은 대칭형(Symmetric)구조와 비 대칭형(Asymmetric)구조를 사용하였으며, 소자의 폭, 채널 길이 및 확장 드리프트 길이의 설계 변수를 주어 다양한 온도 환경에서의 온 저항, 트랜스 컨덕턴스, 문턱전압, 드레인 전류 등의 전기적 특성을 측정 및 분석하였다.
전기적 특성의 측정 및 분석에는 HP4145B 파라미터 분석기(Parameter Analyzer)와 Tek370A 커브트레이서를 사용하였으며 온도 환경 조성에는 Hot chuck, Calibrated temperature Controller를 사용하였다.
대상 데이터
실험에 사용한 소자는 0.5um CMOS공정 기술을 바탕으로 제작 하였으며, 주요 공정 조건은 표1과 같다.
성능/효과
그림 4는 온도 변화에 따른 드레인 전류 변화의 실험 적인 측정결과를 보여준다. 결과에서 보이듯이 대칭형 구조와 비대칭형 구조 모두 온도에 따라 드레인 전류의 감소를 나타냈으며 특히 드리프트 길이의 증가에 따라 전류량의 감소를 보여주었다.
이러한 변화는 주로 온도 증가에 따른 캐리어 이동도의 감소에 따른 현상으로 사료 된다. 대칭 구조의 경우는 비대칭 구조보다 드레인 전류와 트랜스 컨덕턴스의 변화폭이 적었으며 각각 20%, 35%감소를 보였으며, 온 저항은 확장 드레인영역이 길어져 35%의 더 큰 증가량을 보였다.
실험 결과 비대칭 구조는 400K의 온도에서 드레인 전류가 300K에서 보다 약 25% 이상 감소하였고, 트랜스 컨덕턴스는 약 40% 감소, 온 저항은 약 30% 증가 하는 것을 알 수 있었다. 이러한 변화는 주로 온도 증가에 따른 캐리어 이동도의 감소에 따른 현상으로 사료 된다.
후속연구
결론적으로, 주로 고온 환경에서 동작하는 고전압 MOSFET(HV-MOSFET)의 설계 시에는 고온 환경을 고려한 소자의 설계가 요구되며, 각 설계변수의 최적화가 필요 하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
HV-MOSFET의 특징은?
일반적으로 디스플레이 구동 IC의 핵심 소자로 사용되는 HV-MOSFET은 저 농도의 확장된 드레인 구조를 갖으며 고온환경에서 서브스레스홀드 전류의 증가로 문턱전압이 감소하고 래치업을 일으킬 위험이 존재한다. 또한 표면 이동도의 감소로 트랜스컨덕턴스가 줄어 전류구동능력이 줄어 들게된다. 따라서 온도 상승에 따른 HV-MOSFET의 전기적 특성 저하가 최소화 되도록 설계되어야 한다.
드레인 전류의 온도의존성은 무엇의 영향을 받는가?
드레인 전류의 온도의존성은 캐리어의 이동도에 의해 좌우 되며, 이동도는 불순물 산란과 격자 산란에 영향을 받는다. 온도의 증가는 격자산란을 증가 시키게 되고 표면 이동도는 감소하게 되어 드레인 전류는 감소한다.
고온 환경에서의 대칭형 HV-MOSFET과 비대칭형 HV-MOSFET 구동 소자들의 채널길이, 확장 드레인 영역의 길이의 변화에 따른 전기적 특성변화를 실험을 통해 분석해본 결과는?
본 논문에서는 고온 환경에서의 대칭형 HV-MOSFET과 비대칭형 HV-MOSFET 구동 소자들의 채널길이, 확장 드레인 영역의 길이의 변화에 따른 전기적 특성변화를 실험을 통해 분석 하였으며 각각의 구조별로 고온 환경에서 확장 드레인의 길이와 채널 길이의 변화에 따른 전기적 특성을 분석하였다. 실험 결과 비대칭 구조는 400K의 온도에서 드레인 전류가 300K에서 보다 약 25% 이상 감소하였고, 트랜스 컨덕턴스는 약 40% 감소, 온 저항은 약 30% 증가 하는 것을 알 수 있었다. 이러한 변화는 주로 온도 증가에 따른 캐리어 이동도의 감소에 따른 현상으로 사료 된다. 대칭 구조의 경우는 비대칭 구조보다 드레인 전류와 트랜스 컨덕턴스의 변화폭이 적었으며 각각 20%, 35%감소를 보였으며, 온 저항은 확장 드레인영역이 길어져 35%의 더 큰 증가량을 보였다. 주로 고온 환경에서 동작하는 고전압 MOSFET(HV-MOSFET)의 설계 시에는 고온 환경을 고려한 소자의 설계가 요구되며, 각 설계변수의 최적화가 필요하다.
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