[논문]1,200 V급 Floating Island IGBT의 관한 연구

강이구

doi:10.4313/jkem.2016.29.9.523

[국내논문] 1,200 V급 Floating Island IGBT의 관한 연구
Study of the 1,200 V-Class Floating Island IGBT 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.29 no.9, 2016년, pp.523 - 526

Abstract ▼ AI-Helper

This paper was researched about 1,200 V level floating island IGBT (insulated gate bipolar transistor). Presently, 1,200 V level IGBT is used in Inverter for distributed power generation. We analyzed and compared electrical charateristics of the proposed floating island IGBT and conventional IGBT. For analyzing and comparison, we used T-CAD tool and simulated the electrical charateristics of the devices. And we extracted optimal design and process parameter of the devices. As a result of experiments, we obtained 1,456 V and 1,459 V of breakdown voltages, respectively. And we obatined 4.06 V and 4.09 V of threshold voltages, respectively. On the other hand, on-state voltage drop of floating island IGBT was 3.75 V. but on-state vlotage drop of the conventional IGBT was 4.65 V. Therefore, we almost knew that the proposed floating island IGBT was superior than the conventional IGBT in terms of power dissipation.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 T-CAD tool을 사용하여 1,200 V급 플래너 게이트(planar gate) 구조와 동일한 파라미터를 가지는 플로팅 아일랜드(floating island IGBT) 소자를 설계하고 최적화를 진행하였다. 플래너 IGBT와 플로팅 IGBT 두 가지 구조에 대하여 특성 결과를 비교 분석한 다음, IGBT의 항복전압 감소 없이 온-저항을 감소시킬 수 있는 방안을 제시하였다.

제안 방법

본 연구에서는 T-CAD tool을 사용하여 1,200 V급 플래너 게이트(planar gate) 구조와 동일한 파라미터를 가지는 플로팅 아일랜드(floating island IGBT) 소자를 설계하고 최적화를 진행하였다. 플래너 IGBT와 플로팅 IGBT 두 가지 구조에 대하여 특성 결과를 비교 분석한 다음, IGBT의 항복전압 감소 없이 온-저항을 감소시킬 수 있는 방안을 제시하였다.
플로팅 아일랜드의 깊이를 20 μm ∼ 38 μm까지 변화시키면서 실험을 진행하였으며, 이러한 변수에 따라서 항복전압과 온 상태 전압 강하의 전기적인 특성을 분석하였다.
본 논문에서는 신재생에너지의 분산 발전 및 산업용 인버터에 사용되는 1,200 V급 플로팅 아일랜드 IGBT를 제안하여 항복전압, 문턱전압 및 온 상태 전압 강하 등과 같은 전기적인 특성에 있어서 일반 NPT IGBT와 비교 분석하였다. 전기적인 특성을 분석한 결과 항복전압과 문턱전압은 두 소자 모두 각각 1,450 V, 4.

대상 데이터

본 연구에서는 비교 대상인 기본적인 플래너 게이트 IGBT에 플로팅 아일랜드(floating island) 영역을 삽입 하여 기본적인 플로팅 아일랜드 IGBT를 설계하였다. 그림 1은 이러한 플로팅 아일랜드 IGBT 구조를 보여주고 있으며, 플로팅 아일랜드 영역은 드리프트 영역에 존재하게 된다.

성능/효과

9 V의 감소 효과를 가져왔다. 공정상의 어려움만 극복한다면, 매우 효율적인 구조라는 것을 알 수 있다. ;
본 논문에서는 신재생에너지의 분산 발전 및 산업용 인버터에 사용되는 1,200 V급 플로팅 아일랜드 IGBT를 제안하여 항복전압, 문턱전압 및 온 상태 전압 강하 등과 같은 전기적인 특성에 있어서 일반 NPT IGBT와 비교 분석하였다. 전기적인 특성을 분석한 결과 항복전압과 문턱전압은 두 소자 모두 각각 1,450 V, 4.0 V의 값을 얻을 수가 있었으며, 크게 변화가 없음을 알 수 있었다. ;반면에 온 상태 전압 강하에 있어서는 기존의 일반 IGBT 소자는 4.6 V인데 반하여, 제안한 플로팅 아일랜드 구조는 3.
0 V의 값을 얻을 수가 있었으며, 크게 변화가 없음을 알 수 있었다. 반면에 온 상태 전압 강하에 있어서는 기존의 일반 IGBT 소자는 4.6 V인데 반하여, 제안한 플로팅 아일랜드 구조는 3.75 V로 약 0.95 V의 감소를 가져왔으며, 23%의 효율 향상을 가져 온 것을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	IGBT란?	파워 반도체 소자는 스위칭 동작을 제공하는 제어 소자이기 때문에 전력 소모가 적어야 한다. 그 중 IGBT는 BJT의 높은 전류구동 능력과 MOSFET의 빠른 스위칭을 이용한 전력 반도체 소자이다.
	파워 반도체 소자의 전력 소모가 적어야 하는 이유는?	또한 저가격, 고성능, 고 집접회로의 실현을 위한 지능형 전력전자 소자 및 구동용 IC들이 개발되고 있다. 파워 반도체 소자는 스위칭 동작을 제공하는 제어 소자이기 때문에 전력 소모가 적어야 한다. 그 중 IGBT는 BJT의 높은 전류구동 능력과 MOSFET의 빠른 스위칭을 이용한 전력 반도체 소자이다.
	플로팅 아일랜드의 깊이가 증가하면 할수록 항복전압도 증가하는 경향을 보여주는 이유는?	그림에서 보여준 것처럼 깊이가 증가하면 할수록 항복전압도 증가하는 경향을 보여주는 것을 알 수 있다. 이는 플로팅 아일랜드 영역이 전계 분포를 완만하게 해주어 펀치 스루 항복이 천천히 일어나게 해 주는 것을 알 수 있다.

참고문헌 (6)

MOSFET Basics - Fairchild Semiconductor, 2000
G. P. Sim, B. S. Ann, Y. H. Kang, Y. S. Hong, and E. G. Kang, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 26, 190 (2013). [DOI: http://dx.doi.org/10.4313/JKEM.2013.26.3.190]

원문보기 상세보기
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J. H. Lee, E. S. Jung, E. Y. Kang, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 25, 270 (2012). [DOI: http://dx.doi.org/10.4313/JKEM.2012.25.4.270]

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P. J. Verlinden, R. M. Swanson, and R. A. Crane, Prog. in Photovolatic and Applications, 2, 143 (1994). [DOI: http://dx.doi.org/10.1002/pip.4670020209]

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