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[국내논문] 설계 및 공정 파라미터에 따른 3.3 kV급 Super Junction FS-IGBT에 관한 연구
Study on 3.3 kV Super Junction Field Stop IGBT According to Design and Process Parameters 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.30 no.4, 2017년, pp.210 - 213  

강이구 (극동대학교 태양광공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we analyzed the structural design and electrical characteristics of a 3.3 kV super junction FS IGBT as a next generation power device. The device parameters were extracted by design and process simulation. To obtain optimal breakdown voltage, we researched the breakdown characteristic...

주제어

#High voltage   #Super junction   #FS IGBT   #Breakdown voltage   #Pillar  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 5 kV 이상에서 적용되기 위해서는 큰 전류에 대한 열적 특성이 우수해야 하며, 또한 대용량이기 때문에 최적의 온 저항을 유지하는 것이 무엇보다 중요하다 할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 열적 특성과 온 저항 특성을 확보하기 위하여 고전압 IGBT가 사용되어 온 기존의 Planar IGBT 구조에 초접합(super junction) 구조를 형성하여 동일한 셀(cell)의 크기를 유지하고 구조적인 차이를 통해서 손실전력을 최소화하고자 하였다. 특히 초접합구조는 기존의 구조보다 상당히 작은 온 저항을 구현할 수 있는 구조로 알려져 있다.
  • 본 논문에서는 차세대 전력반도체 소자로 대표되고 있는 3.3 kV급 초접합 FS IGBT의 구조적인 설계를 통해 그 전기적인 특성을 분석하였다. 또한 다른 전기적인 특성보다는 공정파라미터에 따른 항복전압의 변화를 집중적으로 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
파워소자의 특징은 무엇인가? 파워소자(power device)는, 전력장치용의 반도체소자이다. 전력의 변환이나 제어용으로 최적화되어 있어서, 전력 전자공학의 핵심 소자이며 고전압화, 고전류화, 고주파수화된 것이 특징이다. 전력 IGBT 소자가 가장 많이 이용되는 분야는 전기자동차, 신재생에너지 인버터산업 분야 등이며, 600∼1,700 V 이하의 전력 IGBT 소자가 사용되어지고 있다.
본 논문에서 연구한 공정파라미터에 따른 항복전압의 변화는 어떠한가? 또한 다른 전기적인 특성보다는 공정파라미터에 따른 항복전압의 변화를 집중적으로 연구하였다. 그 결과, 공정파라미터중에 하나인 트렌치 깊이에 따라서 항복전압이 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, P-Pillar층의 농도가 증가하면서 항복전압도 동시에 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 에피층의 저항도 높아질수록 항복전압도 같이 증가하는 것을 알 수 있었으며, 3.3 kV 이상의 값을 유지하는 시점은 P-Pillar층의 농도는 5×1013 cm-2이며, 에피층의 저항은 140 Ω으로 나타났다. 향후 전력 손실과 관련되는 온 전압강하상태의 값을 고려하여 최적의 설계 및 공정파라미터를 도출해야 할 것이다.
항복현상은 어떤 조건에서 발생하는가? 항복전압은 전력소자에 오프 상태 유지 능력을 나타내는 중요한 전기적 특성이다. 일반적으로 항복현상은 애벌런치(avalanche) 항복 또는 펀치 스루에 의해서 발생하게 되며, 보편적으로 애벌런치 항복이 일어나기 전에 공핍층이 만나게 되는 펀치스루 항복이 먼저 일어나게 된다.
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참고문헌 (6)

  1. E. G. Kang, D. S. Oh, D. W. Kim, D. J. Kim, and M. Y. Sung, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 15, 758 (2002). [DOI: http://dx.doi.org/10.4313/JKEM.2002.15.9.758] 

  2. J. I. Lee, S. M. Yang, Y. S. Bae, and M. Y. Sung, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 23, 190 (2010). [DOI: http://dx.doi.org/10.4313/JKEM.2010.23.3.190] 

  3. T. Laska, M. Munzer, F. Pfirsch, C. Schaeffer, and T. Schmidt, Proc. The 12th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (IEEE, Toulouse, France, 2000) p. 355. [DOI: https://doi.org/10.1109/ispsd.2000.856842] 

  4. B. S. Ahn, H. S. Chung, E. S Jung, S. J. Kim, and E. G. Kang, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 25, 187 (2012). [DOI: http://dx.doi.org/10.4313/JKEM.2012.25.3.187] 

  5. J. S. Lee, E. G. Kang, and M. Y. Sung, Microelectron. J., 39, 57 (2008). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.mejo.2007.10.023] 

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  6. Y. S. Hang, E. S. Jung, and E. Y. Kang, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 25, 276 (2012). [DOI: http://dx.doi.org/10.4313/JKEM.2012.25.4.276] 

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