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전력 반도체용 갈륨 옥사이드(Ga2O3) 연구 동향 원문보기

전기전자재료 = Bulletin of the Korean institute of electrical and electronic material engineers, v.30 no.6, 2017년, pp.3 - 9  

지재훈 (중앙대학교 전자전기공학과) ,  고중혁 (중앙대학교 전자전기공학부)

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문제 정의

  • 본고에서는 차세대 전력 반도체용 소재로 주목받고 있는 갈륨 옥사이드를 소개하고 갈륨 옥사이드의 에피층 증착 방법과 현재까지 연구된 갈륨 옥사이드 전력 반도체의 특성을 기술함으로써 앞으로 나아갈 연구 방향 등을 제시하고자 한다.
  • 하지만 게이트-드레인 depletion 영역에 높은 전계가 인가되면 UID는 소자의 신뢰성을 떨어뜨리고 표면 전하 문제로 스위칭 동작 특성을 저하시킨다. 이러한 선행 연구의 문제점을 해결하고자 이 연구는 최초로 FP-MOSFET(filed-plated MOSFET) 구조를 제시했다. 게이트와 연결된 FP로 인해서 항복 전압이 높아졌으며 SiO2 절연체를 통해 소자 특성 향상을 이끌었다고 보고하였다 [11].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전력 반도체는 무엇인가? 전력 반도체(power semiconductor)는 전력의 변환이나 제어 등을 수행하는 데 사용되는 반도체 소자로 정의되며 종류로는 MOSFET, IGBT, BJT, Thyristor 등이 있다. 또한, 고내압화, 고전류화, 고주파수화 되어 교류와 직류 사이의 변환 효율을 높이는 것뿐만 아니라 세탁기, 냉장고, 청소기, 엘리베이터, 에스컬레이터에 사용되는 모터를 비롯한 다양한 전자기기에 전력을 공급하거나 안정적으로 원하는 전압과 전류를 공급할 수 있도록 돕는다.
최근 실리콘 반도체 소자에 나타나고 있는 한계점은 무엇인가? 이런 특성을 가진 실리콘을 이용해 IGBT, MOSFET 등의 소자가 발명되었고 성능 개선과 소형화를 위해서 많은 개발이 진행되고 있다. 하지만 최근 반도체의 집적도가 높아지고 소자의 크기가 점점 작아 짐에 따라 누설전류, 채널 길이 변조, 고온 반송자 효과 등의 문제점이 발생하면서 실리콘 반도체 소자의 한계가 나타나고 있다. 또한, 고내압, 고전류, 고온, 고주파수 등의 환경에서 사용되는 반도체 분야에서는 소형화에 따른 이러한 문제점들이 매우 중요하게 작용되면서 새로운 반도체 소재들이 주목받고 있다 [2].
전력 반도체의 역할은 무엇인가? 전력 반도체(power semiconductor)는 전력의 변환이나 제어 등을 수행하는 데 사용되는 반도체 소자로 정의되며 종류로는 MOSFET, IGBT, BJT, Thyristor 등이 있다. 또한, 고내압화, 고전류화, 고주파수화 되어 교류와 직류 사이의 변환 효율을 높이는 것뿐만 아니라 세탁기, 냉장고, 청소기, 엘리베이터, 에스컬레이터에 사용되는 모터를 비롯한 다양한 전자기기에 전력을 공급하거나 안정적으로 원하는 전압과 전류를 공급할 수 있도록 돕는다. 최근 전기자동차의 큰 이슈로 인하여 자동차용 전력반도체 (600, 900, 1,200 V)의 수요가 크게 증가하고 있고 산업기기, 철도, 태양전지 분야에서 전력반도체 모듈의 실용화가 요구되고 있다 [3].
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참고문헌 (15)

  1. R. A. Soref and B. R. Bennett, IEEE J. Quantum Electron., 23, 123-129 (1987). 

  2. M. N. Yoder, IEEE Trans. Power Electron., 43, 1633-1636 (1996). 

  3. J. Millan, P. Godignon, X. Perpina, A. Perez-Tomas, and J. Rebollo, IEEE Trans. Power Electron., 29, 2155-2163 (2014). 

  4. H. Lin, CS MANTECH Conference, (Arizona, USA, 2015). 33-36. 

  5. S. Dimitrijev and P. Jamet, Microelectron. Reliab., 43, 225-233 (2003). 

  6. R. F. Davis, Z. Sitar, B. E. Williams, H. S. Kong, H. J. Kim, J. W. Palmour, J. A. Edmond, J. Ryu, J. T. Glass, and C. H. Carter, Jr., Mater. Sci. Eng. B., 1, 77-104 (1988). 

  7. M. Higashiwaki, K. Sasaki, A. Kuramoto, T. Masui, and S. Yamakoshi, Appl. Phys. Lett., 100, 013504 (2012). 

  8. S. Ahn, F. Ren, J. Kim, S. Oh, J. Kim, M. A. Mastro, and S. J. Pearton, Appl. Phys. Lett., 109, 062102 (2016). 

  9. M. Higashiwaki, K. Sasaki, T. Kamimura, M. H. Wong, D. Krishnamurthy, A. Kuramata, T. Masui, and S. Yamakoshi, Appl. Phys. Lett., 103, 123511 (2013). 

  10. A. Y. Cho and J. R. Arthur, Prog. Solid State Chem., 10, 157-191 (1975). 

  11. M. H. Wong, K. Sasaki, A. Kuramata, S. Yamakoshi, and M. Higashiwaki, IEEE Electron Device Lett., 37, 212-215 (2016). 

  12. P. Frigeri, L. Seravalli, G. Trevisi, and S. Franchi, Semicond. Sci. Technol., 3, 480-522 (2011). 

  13. T. F. Kuech, Mater. Sci. Rept., 2, 1-50 (1987). 

  14. K. D. Chabak, N. Moser, A. J. Green, D. E. Walker Jr., S. E. Tetlak, E. Heller, A. Crespo, R. Fitch, J. P. McCandless, K. Leedy, M. Baldini, G. Wagner, Z. Galazka, X. Li, and G. Jessen, Appl. Phys. Lett., 109, 213501 (2016). 

  15. J. L. Zilko, K. Seshan, eds., Handbook of Thin-Film Deposition (Intel Corporation Santa Clara, California, 2001) p. 155. 

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